proyecto, sensor para discapacitados

Proyecto de Física-Sensor de proximidad para discapacitados.

I. INTRODUCCION

Debido a que en la actualidad en la población mundial se han acrecentado los casos de invidencia en personas de todas razas y culturas, es necesario desarrollar instrumentos que ayuden a estas personas a adaptase a un ambiente que no está pensado para ellos limitándolos en sus funciones drásticamente.

La automatización, la electrónica, han jugado un papel muy importante en el desarrollo de varios productos para gente que posee alguna falencia, ya que actualmente se hacen mejoras en aparatos para terapias en alguna extremidad en particular, en el reemplazo parcial o total de algún miembro o parte del cuerpo humano, también en el desarrollo de máquinas y dispositivos para mejorar la calidad de vida de dichos pacientes.

Es por eso que se crean nuevas tecnologías al alcance para que la sociedad tenga un mejor desarrollo en su vida cotidiana este proyecto se hizo pensando en todo tipo de discapacidad y para esto se seguirá un cierto tipo de pasos para la construcción de este prototipo, aplicando conocimientos y promoviendo el desarrollo de otros tipos de proyecto, implementación contara de 2 procesos de su parte física es decir el hardware y su parte lógica o programable el software, todo totalmente libre para que pueda ser usado y mejorado.

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II. Justificación de la investigación

A. Formulación del problema.

A pesar del desarrollo economico, aun dejamos de lado algunas

responsabilidades sociales con personas que tienen algun

impedimento fisico, entonces nosotros nos vemos en la obligacion

de crear algo que ayude a las personas que tienen esta

incapacidad y darles una mejor calidad de vida, y su

desenvolvimiento en la sociedad ea mejor para su condicion. Y

además tenga usos para la automatizacion de empresas y ayuda

en general a la socociedad.

B. Evaluación del problema

Teniendo en cuenta el problema se crea la mejor solución, es

decir crear un dispositivo que sea de bajo costo y al ponerlo en

práctica tampoco genere gastos, y además que ahorre tiempo y

se vean beneficiados gran parte de la población, y de mayor

consideración las personas incapacitadas entonces al construir

este dispositivo que funcione mediante sensores de proximidad

utilizando componentes básicos de la electrónica y que no genere

muchos costos, y a la vez profundizar en el estudio y en el

desarrollo tecnológico, despertando la creatividad e imaginación

de los alumnos que cursan este especialidad, además de conocer

más sobre la robótica básica para poder aplicarla para el

beneficio de algún sector de la población; así como las antes

mencionada.

C. Análisis y diagnóstico del problemaEl problema la poca preocupación por los minusválidos, esta

solución corto y largo plazo, ya que cada silla de ruedas tiene que

ser automatizada asi como los cualquier aparato ortopedico, pero

este proyecto es la demostración a pequeña escala, entonces

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para este proyecto se necesita una serie de instrumentos

electrónicos que tienen bajo costo, son muy accesibles y que no

tienen mayor problema de ensamblaje; ya que en varias páginas

WEB existe mucha información sobre ello, a gran escala solo

cambiaría el monto de la inversión, una gran transformación de la

red vehicular y social.

Y los proyectos en empresas ya estan en curso, es decir, ya lo

tienen o estan en proceso de tener este sistema, ya que por una

baja inversión se puede tener sistema de transporte eficiente que

genere más producción y en poco tiempo.

D. Beneficios del proyecto

La población en general se vería beneficiadaya que la

desigualdad, la integracion de las personas discapacitadas a la

sociedad, sin peligro de algun infortunio en su camino, y tal vez

sea para la automatizacion de empresas ya que los sensores o el

dispositvo que hacemos con este tipo de sensores tienen

diferentes tipos de aplicaciones ya sea en empresas y vida en

comun, como la automatizacion de alarmas en la casa con

sensores ya sean de ruido,proximidad o movimiento.

En general este proyecto es una parte de las tantas aplicaciones,

y la tecnologia bien utilizada siempre sera de gran ayuda en la

sociedad.

III. OBJETIVOS

A. Objetivo general

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Diseñar y construir un dispositivo electrónico para la

detección de obstáculos como ayuda a personas con

discapacidad visual

B. Objetivos específicos

Determinar las características mínimas que debe cumplir el

dispositivo electrónico que servirá de plataforma y con base

en esto elegir cuál se utilizará buscando minimizar costos y

que haya disponibilidad en el mercado.

Hacer el desarrollo electrónico para la recepción y

tratamiento de las señales emitidas por los sensores.

Implementar el sistema de comunicación para el envío y

recepción de señales entre los sensores, la cámara y las

salidas de audio con el dispositivo electrónico programable.

Construir un prototipo funcional que me permita realizar

pruebas experimentales.

IV. HIPÓTESIS

Este tipo de prototipos están basados primordialmente en la

utilización de nuevas tecnologías que pueden ser adaptadas para el

beneficio de la humanidad a través de la creación de dispositivos que

le permitan a una persona con discapacidad visual recuperar en

alguna forma ese sentido. En la actualidad existen todo tipo de

mecanismos electrónicos que permiten obtener o percibir el ambiente

y a su vez percibir este tipo de ambiente de una forma extrasensorial.

El prototipo a realizar, se basa en la sinergia de dos tecnologías, por

medio de las cuales se realiza un registro del entorno. Una es la

ultrasónica, que utiliza un sistema de retroalimentación perfeccionado

por los murciélagos desde tiempos inmemorables estos emiten una

serie de chillidos que rebotan en el entorno y regresan hacia ellos

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captando las variaciones de este con sus orejas. De la misma forma

un sensor de ultrasonido emite y percibe superficies por medio de un

sonar que emite frecuencias de sonido altas, hasta 20Khz por encima

del rango auditivo del ser humano, el cual es enviado hacia el

entorno de manera que al encontrarse con algún obstáculo, la onda

sonora rebote y sea captada nuevamente por un elemento receptor

que recoge la información y da una señal de salida dependiendo del

tiempo que tome en regresar dicha onda. Con lo cual, se puede

determinar la distancia y el tamaño de dicho obstáculo, este tipo de

sensores es muy utilizado para registrar magnitudes físicas en un

entorno donde se requiera la no invasión de un espacio.

La otra se basa en la captación de imágenes a través de una cámara

por el método tradicional de captura de fotones de luz por medio de

una red de sensores sensibles a esta, Una cámara de video digital

captura, convierte y permite almacenar imágenes estáticas o en

movimiento. Existe una inmensa gama de éstas, desde los sistemas

profesionales hasta los domésticos, Una videocámara es como un

ojo humano su primer componente son las lentes, por donde

ingresan las imágenes en forma de luz. Mientras más puro sea el

material con el que se elaboran, habrá menos defectos cromáticos y

la calidad será mucho mejor Al ingresar a las lentes, la luz se

descompone en colores primarios: rojo, verde y azul, que son

captados mediante un sistema denominado CCD (Charge-Coupled

Device, dispositivo de cargas eléctricas interconectadas), un circuito

integrado que reemplazó a la tecnología de bulbos. Las cámaras de

video pueden usar uno o tres CCD, si se quiere una mejor calidad. La

energía luminosa de cada color se transforma en energía eléctrica, y

luego se digitaliza en algún medio de almacenamiento, como pueden

ser cintas, DVD o memorias de estado sólido.

La información recopilada luego es tratada como un conjunto de

instrucciones y datos codificados mediante lenguajes de

programación como Java y C++ para que puedan ser leídas e

interpretadas por una hardware, este tipo de tratamiento se

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denomina software de reconocimiento de imágenes el cual se enfoca

en percibir cambios de luz determinando así la presencia de algún

objeto, la distancia a la que se encuentra, su geometría dimensiones,

entre otras características.

El tratamiento de estas señales está orientado para obtener una

respuesta con base en lo que se percibe. Este proceso, se lleva a

cabo con la utilización de un microcontrolador que es programado

utilizando redes de Petri y lógica difusa, entre otros.

La salida obtenida debe estar dirigida a un emisor de señales

sonoras por medio de parlantes o transductor que es un dispositivo

que transforma un tipo de energía en otro. Un parlante (o altavoz) de

bobina móvil es un transductor electro¬mecánico, que transforma

energía eléctrica contenida en una corriente eléctrica, en energía

sonora, Específicamente un parlante sirve para convertir la

información (voz, música, sonidos en general) transportada por una

señal eléctrica, en una señal audible para el ser humano (entre 20-30

Hz y 16-20 Khz aproximadamente) el voltaje de salida del

amplificador de un equipo tiene las variaciones del sonido que se

quiere reproducir. Si se conecta la salida del amplificador a la bobina

móvil, circula una corriente con las variaciones correspondientes al

sonido. Debido a un principio básico de la Naturaleza (Ley de

Ampére, una de las 4 leyes del Electromagnetismo), la corriente en la

bobina genera un campo magnético con las variaciones de la señal

de interés.

Si la bobina móvil está inmersa en una región con campo magnético,

existirán fuerzas atractivas y repulsivas entre la bobina y el imán,

debidas al campo variable de la bobina y al campo estático del imán.

Si el imán está fijo, estas fuerzas producirán el movimiento de la

parte móvil, la bobina. La forma de obtener una señal acústica de

esto, es entonces adherir a la bobina un cono que mueva el aire que

le rodea.

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V. MARCO TEÓRICO

A. Bases teóricas

Sensores

Sensor de proximidad infrarrojo

Los sensores de proximidad infrarrojos, son de tipo ópticos por lo

cual no implica contacto directo con el objeto a censar, lo

constituyen un par de LEDS los cuales se denominan fotodiodo y

fototransistor su principio de funcionamiento es el mismo de todos

los sensores, un LED emite y el otro recibe la señal que rebota en

un obstáculo son de un precio accesible y son altamente

confiables para medición en recintos cerrados pero en el exterior

el sol u otro elemento que emita luz infrarroja puede alterar su

comportamiento y por ende su medición además de necesitar un

circuito aparte para poder interpretar las señales que el sensor

envía son pequeños y portables pero para el proyecto no es

idóneo pues la idea es utilizar el dispositivo en una área abierta y

no solo en interiores.

Sensor Fotoeléctrico

Este tipo de sensores son conformados, como todos por un

emisor de luz visible que puede ser de varios colores dentro de

los cuales los más comunes son el rojo, el amarillo y el verde y un

receptor o detector que recibe la luz emitida con una intensidad

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de acuerdo a la distancia a la que se encuentre el objeto a censar

Se puede decir que es una variante del sensor infrarrojo. Dentro

de sus virtudes se encuentra que se pueden utilizar para

comparar formas y colores en un objeto. Son de precio alto; muy

utilizados en las industrias, son robustos en su construcción y

confiables, dentro de sus desventajas se encuentra que son solo

para interiores, su distancia de detección es corta y son muy

sensibles a los efectos de la luz directa, razones por las cuales no

son buenos candidatos para el proyecto pues se necesitaría un

sensor bastante grande para que satisfaga las necesidades de

dicho proyecto que conllevaría a altos costos.

Sensor láser

Este tipo de sensores funciona reflejando un haz de luz láser el

cual luego es reflejado por el objeto y es recogido por un foto

detector en un determinado Angulo que varía de acuerdo a la

distancia del objeto. Existen dos tipos de sensores uno de largo

alcance y el otro de corto alcance el más indicado para el

proyecto es el sensor de corta distancia por ser el más barato,

tienen un rango de entre 2mm y 500mm además de ser el más

accesible; este tipo de sensores se especializa en la medición de

distancias, son de un tamaño grande y costosos,

extremadamente costosos, por todo esto y su bajo rango de

medición no se tuvo en cuenta para este proyecto, aunque su

principio de funcionamiento es la base para desarrollar uno de los

sistemas de determinación de distancia en este proyecto.

Sensor de ultrasonido

El ultrasonido es una radiación mecánica con frecuencia superior

a las audibles (20Khz). Que al incidir sobre un objeto, en parte se

refleja, en parte se transmite y en parte es absorbida.Si existe

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movimiento relativo entre la fuente de radiación y el reflector, se

produce el fenómeno denominado (Efecto Doppler)

Todos estos fenómenos son utilizados para censar y detectar

distancias de un objeto. Este tipo de sensores son muy

confiables, de bajo costo, pequeños y prácticos además de su

gran facilidad de adaptación, incluso algunos sensores traen

dentro de sí todo el sistema de control para emitir señales lineales

que pueden ser utilizadas en infinidad de aplicaciones, dentro de

sus defectos se encuentra que el haz de infrarrojo es cónico y la

reflexión depende mucho del material. Cosa que se convierte en

una ventaja para el desarrollo de este prototipo pues de acuerdo

a la tonalidad dada se podría identificar además del obstáculo su

composición, son muy sensibles al ambiente pero no a la luz, si

no al aire que lo circunda y su temperatura, pero a pesar de todo

esto este tipo de sensores son los más idóneos para el proyecto

pues cumplen a cabalidad con todas las características deseadas

para poder desarrollar dicho sistema, son baratos, de fácil

adquisición, de tecnología actual y sus rangos de distancia son

más que suficientes.

B. Inplemento principal para el proyecto.: Sensores de ultrasonido:

Sensores basados en la interacción de los ultrasonidos con un

objeto. Se denomina ultrasonidos a las vibraciones de frecuencia

superior a las audibles por el ser humano (>20 KHz) que se

producen en un medio elástico. Para el proyecto usaremos los

sensores de ultrasonido.

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La medida de diferentes variables físicas mediante los

ultrasonidos están relacionadas normalmente con su velocidad, su

tiempo de propagación y, en algunos casos, con la atenuación o

interrupción del haz propagado. Hay tres principios físicos en los

que se basa el funcionamiento de los sensores de ultrasonidos:

Propagación de los ultrasonidos en medios homogéneos y no

homogéneos

Reflexión de los ultrasonidos en objetos inmóviles o fijos.

Efecto Doppler.

-Propagación en medios homogéneos :Las perturbaciones

sonoras que se producen en un punto de un medio elástico se

propagan a través de él con una velocidad c, que depende de la

densidad ρ del medio y de su módulo de elasticidad E, de acuerdo

con la ecuación:

c=√ EρSe define la impedancia acústica Z del medio como el producto de

la densidad ρ por la velocidad del sonido c:

Z=P .C

-Influencia de los factores ambientales:La temperatura puede

influir significativamente en la propagación de los ultrasonidos.

La densidad del aire depende de la temperatura que influye sobre

la velocidad de propagación de la onda de acuerdo con la

expresión:

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En la que Vso es la velocidad de propagación de la onda sonora a

0 ºC, y T es la temperatura absoluta (grados Kelvin).

Como resultado de la perturbación, la presión varía con respecto

a un valor medio y la diferencia entre el valor instantáneo y el

valor medio se denomina presión acústica p.

La intensidad I de la onda es la potencia por unidad de superficie

en W/m2.

La impedancia Z, la presión acústica p y la intensidad I están

relacionadas mediante la ecuación.

Los ultrasonidos se pueden propagar a través de un medio

homogéneo o no homogéneo.

Al propagarse la radiación en un medio homogéneo, su intensidad

sufre una atenuación exponencial de acuerdo con la ecuación:

−2αx.

Si la onda pasa de un medio de impedancia Z1 a otro de

impedancia Z2, además de ser absorbida, se refleja. En este caso

los coeficientes de reflexión y transmisión son:

Generacion de ultrasonidos:Para generar ultrasonidos se utilizan habitualmente materiales

piezoeléctricos en los que se generan tensiones eléctricas al

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aplicarles una presión mecánica El efecto piezoeléctrico se debe a

que la presión provoca una deformación de la retícula cristalina

que da lugar, a su vez, a un desplazamiento de las cargas

eléctricas moleculares, lo que hace que aparezcan diferencias de

potencial entre las caras del material. El signo de esta diferencia

de potencial se invierte cuando se invierte el sentido de la presión,

que puede ser de tracción o de compresión. El cuarzo y la

turmalina son materiales piezoeléctricos naturales, pero, debido al

valor reducido de sus parámetros característicos, fueron

sustituidos por otros materiales piezoeléctricos sintéticos

implementados con titanatos y circonatos de plomo (PZV). Estos

materiales son más estables que los naturales, aunque presentan

el inconveniente de su dependencia de la temperatura y la pérdida

de sus propiedades piezoeléctricas a medida que su temperatura

se acerca al valor de Curie.

Los sensores electrónicos de ultrasonidos se basan en la

reversibilidad del principio de funcionamiento de los materiales

piezoeléctricos.

Dichos materiales se caracterizan por generar una señal eléctrica

al aplicarles una onda de presión (en este caso el sonido) y por

ser capaces de vibrar y de generar ondas de presión cuando

están inmersos en un medio elástico como por ejemplo el aire,

cualquier otro fluido o un sólido, al aplicarles una excitación

eléctrica.

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En general se necesitan haces estrechos a fin de evitar

reflexiones indeseadas, para lo cual la superficie de emisión debe

ser grande con respecto a la longitud de onda del ultrasonido

emitido.

En este caso, además del cono de radiación fundamental se

generan un conjunto de lóbulos secundarios en forma de anillos.

PRINCIPALES EFECTOS UTILIZADOS PARA IMPLEMENTAR SENSORES DE ULTRASONIDOS

La interrupción del haz ultrasónico: Funciona

como detector de un objeto que interrumpe el

haz ultrasónico

La reflexión en objetos inmóviles o fijos: Es

debida a la propagación en medios no

homogéneos, que no se mueven uno con

respecto al otro, descrita anteriormente.

La reflexión en objetos móviles (efecto Doppler)

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Es debida a la propagación en medios no

homogéneos que tienen un movimiento relativo

entre ellos.

Tipos de sensores de ultrasonido:

Sensor ultrasónico de reflexión en objetos Inmóviles o de tipo eco

Se mide el tiempo que tarda en recibirse el eco de un impulso

emitido, debido a la reflexión sobre un objeto presente en el

camino de propagación de la radiación.

El objeto puede ser un líquido, un sólido, granular o polvo, con la

única restricción de que debe tener una impedancia acústica muy

diferente de la del medio en el que se propagan los ultrasonidos,

para que la mayor parte de la radiación se refleje.

Sensor ultrasónico de reflexión en objetos Inmóviles o de tipo eco

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En los sensores de ultrasonidos de bajo coste se utiliza el mismo

transductor como emisor y receptor. Tras la emisión del

ultrasonido se espera un determinado tiempo a que las

vibraciones en el sensor desaparezcan y a que esté preparado

para recibir el eco producido por el obstáculo.

Esto implica que existe una distancia mínima d (proporcional al

tiempo de relajación del transductor) a partir de la cual el sensor

mide con precisión.

Aplicación de los sensores de reflexión:Aplicación de los

sensores de reflexión en objetos inmóviles:

Ejemplo: Circuito de medida de distancias basado en la medida

del tiempo de propagación.

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Sensor ultrasónico de reflexión en objetos inmóviles

SENSOR ULTRASÓNICO DE REFLEXIÓN EN OBJETOS INMÓVILES:

Para lograr un gran alcance y reducir las interferencias acústicas

es importante que el haz emitido sea estrecho.

Si el tamaño del objeto es menor que la longitud de onda, la

radiación reflejada es débil, por lo que para objetos pequeños se

debe trabajar a alta frecuencia.

El efecto de las interferencias acústicas es menor a altas

frecuencias pero la atenuación de la onda es mayor.

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Si la temperatura ambiente no es constante hay que compensar la

variación de la velocidad c de propagación (a menor temperatura

mayor tiempo de recepción). La velocidad también depende de la

presión, la densidad o la presencia de sustancias disueltas. Por

ello, se suele calcular primero el valor de c mediante la reflexión

en un objeto a una distancia conocida.

Influencia de la temperatura del objeto en la transmisión de los

ultrasonidos: a) Objeto frío; b) Objeto caliente y sensor sobre él en

la misma vertical ; c) Objeto caliente y sensor situado

lateralmente.

Para medir distintas variables físicas mediante ultrasonidos se

utiliza su velocidad, su tiempo de propagación y en algunos casos

la atenuación o interrupción del haz propagado. Ejemplo:

Utilización del nivel de atenuación de la onda para detectar grietas

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Aplicación:

Polaroid Ultrasonic Sensor Desarrollado para implementar el

sistema automático de enfoque de una cámara en el rango de 15

cm a 100 m.

Srf235 sensor de ultrasonidos de alta frecuencia:

El sensor SRF235 es un medidor de

distancias por ultrasonidos de alta

frecuencia y haz estrecho que posee un

procesador de comunicaciones I2C. Se

utiliza en robótica. Este sensor de

ultrasonidos destaca por funcionar a una

frecuencia de 235Khz y generar un haz de tan solo 15 grados, lo

que proporciona una medida de elevada precisión y gran

direccionabilidad. Las ondas ultrasonoras de 235KHz no se

transmiten tan fácilmente a través del aire como las de 40KHz.

Esto hace que el alcance del sensor SRF235 esté limitado

aproximadamente a 1 m para objetos normales y un máximo de

1,2 m para superficies extensas.

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Srf04 sensor de medida de distancias por ultrasonidos srf04

Es un sensor de distancias por ultrasonidos capaz de detectar

objetos y calcular la distancia a la que se encuentra en un rango

de 3 a 300 cm. Funciona mediante ultrasonidos y contiene el

sensor propiamente dicho y el circuito de acondicionamiento.

Emite un impulso y mide la anchura del impulso de retorno. Es de

muy pequeño tamaño y destaca por su bajo consumo, gran

precisión y bajo precio. Reemplaza ventajosamente a los

sensores polaroid antes descritos en las aplicaciones de robótica.

Srf05 sensor distancias ultrasonidos simple:

El SRF05 es un sensor de medida de distancias compatible con el

clásico SRF04. En el modo estándar, el SRF05 se comporta igual

que el SRF04 pero posee un rango de medida de 4m en lugar de

3m. Además el sensor SRF05 posee un modo de trabajo que

emplea un solo terminal para actuar sobre él y hacer la lectura de

la medida.

Sistemas de percepción y control de robots móviles:

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Los sensores de ultrasonidos se suelen utilizar en sistemas de

reconocimiento del entorno y medición de distancias en robótica.

En este caso se utilizan varios sensores y se diseña una

estrategia de control en función de las mediciones de los mismos.

Los sensores se colocan de una manera determinada en la

superficie exterior del robot y el resultado de las medidas se utiliza

para establecer la estrategia de movimiento del mismo.

Sistema de prevención de colisiones:

Sistema de prevención de colisiones para vehículos de la industria

de la construcción (grúas, camiones, topadoras, tractores,

montacargas, etc.

Es muy común durante el trabajo en obra que estos vehículos

colisionen con el entorno debido a la gran cantidad de maniobras

que deben realizar dentro de un ambiente en constante cambio y

a la escasa visibilidad ocasionada por el propio vehículo. El coste

de reparación de estos vehículos y las demoras ocasionadas

justifican la instalación de un sistema para la prevención de

colisiones.

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SONAR (SOund NAvigation and Ranging)

Utilizan la reflexión de los ultrasonidos en objetos situados en el

agua. Se usó con fines militares en la Segunda Guerra Mundial.

Hoy en día su aplicación militar está en desuso ya que la llegada

del impulso alerta al objetivo de la presencia del emisor antes de

que éste escuche el eco. Actualmente se utiliza para detectar

bancos de peces.

Efecto dopler:El efecto Doppler, llamado así por Christian Andreas Doppler en

1842, consiste en la variación de la frecuencia de cualquier tipo de

onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. La

frecuencia percibida por un observador (o) de una fuente (s) es:

Los signos indican que los valores son distintos en el numerador y

denominador.

Aplicación : caudalímetro

Se basan en la diferencia entre el valor del tiempo que tardan dos

ondas en recorrer el mismo camino en sentidos opuestos en el

seno de un fluido en movimiento. Debido al efecto Dopler la

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velocidad del sonido se suma a la del fluido, lo que da como

resultado valores diferentes para los recorridos A-B y B-A. El

emisor y el receptor se sitúan en las paredes opuestas de la

tubería y forman un ángulo con el eje

CAUDALÍMETROS:

C. Definición de términos básicos

Resistencia.

Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos

para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la

corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial

máxima en un resistor viene condicionada por la máxima

potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede

identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea

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necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25

W, 0,5 W y 1 W.

Existen resistores de valor manualmente ajustable, llamados

potenciómetros, reostatos o simplemente resistencias

variables. También se producen dispositivos cuya resistencia

varía en función de parámetros externos, como los termistores,

que son resistores que varían con la temperatura; los

varistores que dependen de la tensión a la cual son sometidos,

o las fotorresistencias que lo hacen de acuerdo a la luz

recibida.

Propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u

oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un

circuito eléctrico determina según la llamada ley de Ohm

cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un

voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que

es la resistencia de un conductor si es recorrido por una

corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1

voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es

R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega, Ω. En

algunos cαlculos eléctricos se emplea el inverso de la

resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se

representa por G. La unidad de conductancia es siemens,

cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la

denominación antigua de esta unidad, mho.

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Potenciometro:

Los potenciómetros limitan el paso de la corriente eléctrica

(Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual

que en una resistencia, pero en este caso el valor de la

corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar

solo con cambiar el valor de su resistencia. En una resistencia

fija estos valores serían siempre los mismos. Si esto no lo

tienes claro es mejor que estudies las magnitudes eléctricas.

El valor de un potenciómetro viene expresado en ohmios

(símbolo Ω) como las resistencias, y el valor del potenciómetro

siempre es la resistencia máxima que puede llegar a tener. La

mínimo lógicamente es cero. Por ejemplo un potenciómetro

de 10KΩ puede tener una resistencia con valores entre 0Ω y

10.000Ω.

El potenciometro más sencillo es una resistencia variable

mecánicamente. Los primeros potenciómetros y más sencillos

son los reóstatos.

Fíjate que la resistencia es el hilo conductor enrollado.

Tenemos 3 terminales A, B y C. Si conectáramos los

terminales A y B al circuito sería una resistencia Fija del valor

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igual al máximo de la resistencia que podría tener el reóstato.

Ahora bien si conectamos los terminales A y C el valor de la

resistencia dependería de la posición donde estuviera el

terminal C, que se puede mover hacia un lado o el otro.

Hemos conseguido un Potenciómetro, ya que es una

resistencia variable. Este potenciómetro es variable

mecánicamente, ya que para que varía la resistencia lo

hacemos manualmente, moviendo el terminal C. Este tipo de

potenciómetros se llaman reóstatos, suelen tener resistencia

grandes y se suelen utilizar en circuitos eléctricos por los que

circula mucha intensidad.

Se suelen llamar potenciómetros lineales o deslizantes por que

cambian su valor deslizando por una línea la patilla C. Veamos

como son en realidad.

El mismo mecanismo, pero mas pequeño, tendrían

los potenciómetros rotatorios para electrónica. Se usan en

circuitos de pequeñas corrientes.

Si nos fijamos tienen 3 patillas como el anterior. Para

conectarlo debemos conectar al circuito las patillas A y B o la

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C y B, es decir la del medio siempre con una de los extremos y

así conseguiremos que sea variable. Tienen una rosca que

puede variarse con un destornillador, como es el caso del de

color negro, o puede tener un saliente que gira con la mano

para variar la resistencia del potenciómetro al valor que

queramos. Estos potenciometros también se llaman rotatorios.

El símbolo de un potenciómetro mecanico en un circuito

eléctrico es el siguiente:

Vemos que es como el de una resistencia pero con una flecha

que lo atraviesa y que significa variabilidad (que varia).

Podemos usar cualquiera de los dos.

Ya tenemos claro lo que es un potenciometro, ahora veamos

los tipos que hay tipos de Potenciómetros.

Los primeros y más usados son los ya estudiados llamados

mecánicos. Los hay rotatorios, lineales, logarítmicos y

senoidales. Los dos primeros ya los hemos visto, veamos los

otros.

Logarítmicos: Estos son empleados normalmente para audio

por su manera asimétrica de comportarse ante la variación de

su eje, al principio sufriremos un incremento de la resistencia

muy leve, hasta llegar a un punto en que el incremento será

mucho mayor. En los anteriores la resistencia varía de forma

lineal, sin embargo en estos la variación de la resistencia

tendría una curva logarítmica. Cuanto más giramos la rueda

mayor es el aumento de la resistencia. Al principio varía muy

poco la resistencia. Se suelen usar por ejemplo para el

volumen de una radio.

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Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo

de giro. Dos potenciómetros senoidales solidarios y girados

90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro.

Pueden tener topes de fin de carrera o no.

Ahora hay los llamados Potenciómetros Digitales. Se usan

para sustituir a los mecánicos simulando su funcionamiento y

evitando los problemas mecánicos de estos últimos. Está

formado por un circuito integrado que simula el

comportamiento de su equivalente analógico. Tienen un divisor

resistivo (divisor de tensión) con n+1 resistencias.

Por último vamos hablar de unos componentes que no se

consideran potenciómetros propiamente, pero si que son

resistencias variables.

LDR son resistencias que varían con la luz que incide sobre

ella. Es un resistencia variable con la luz.

NTC y PTC son resistencias variable con la temperatura. La

NTC aumenta al disminuir la temperatura y la PTC aumenta al

aumentar la temperatura.

Circuitos con Potenciómetro:

Veamos el circuito más clásico. Tenemos un circuito para que

se encienda un led con una pila a 9V. El Led trabajo a una

tensión de 2V, por lo que pondremos una resistencia fija (para

que la resistencia total del circuito nunca sea 0, en caso de

poner a 0 el potenciómetro) y un potenciómetro para provocar

una caída de tensión de 7V entre la Rfija y el Potenciómetro,

de tal forma que el Led solo tenga los 2V necesario como

máximo.

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Si el potenciómetro lo ponemos a 0 de resistencia la tensión

del Led será la máxima que pueda tener (2V). si ahora

aumentamos la resistencia del potenciometro el Led estará a

menos tensión y lucirá menos. A más resistencia del

potenciómetro menos tensión en el Led y lucirá menos.

Podemos usar un potenciómetro para controlar el nivel de luz,

pero también para controlar el volumen en audífonos, radios y

amplificadores, el nivel de calor en un radiador, nivel de

iluminación de un televisor, indicar el nivel de gasolina en un

coche, etc.

Si cambiamos el Led por un altavoz controlaremos el nivel del

altavoz.

Otro de los usos de los potenciómetros es la de reguladores

de velocidad en motores. Si ponemos en serie un

potenciometro con un motor al aumentar la resistencia del

potenciómetro disminuirá la velocidad del motor d.c. Esto es

mejor hacerlo con un transistor. El potenciómetro controla la

intensidad que envía el transistor al motor. El potenciómetro

controla la intensidad de base. Para saber más sobre el

transistor pincha en el enlace subrayado. Veamos el esquema.

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Capacitores:

El capacitor es un dispositivo eléctrico que permite almacenar

energía en forma de campo eléctrico. Es decir, es un

dispositivo que almacena cargas en reposo o estáticas. Consta

en su forma más básica de dos placas de metal llamadas

armaduras enfrentadas unas a otras, de forma que al

conectarlas a una diferencia de potencial o voltaje una de ellas

adquiera cargas negativas y la otra positivas.

Esto se debe a que al conectar las armaduras a una diferencia

de potencial, que puede ser una batería, las cargas llegan muy

rápidamente a un nuevo estado de reposo en la cual esa

diferencia de potencial es "transmitida"(los electrones del polo

negativo de la batería se repelen hacia una placa mientras que

en el polo positivo se extraen electrones de la otra armadura)a

las armaduras, pero al estar enfrentadas las placas unas con

otras estas cargas se atraen formando un campo eléctrico

paralelo y almacenando energía eléctrica permanentemente.

Como el capacitor tiene en cada placa cargas iguales pero de

signo opuesto, la carga neta del condensador es nula. Cuando

se habla de carga de un capacitor se habla de la carga de

cualquiera de sus placas, pero en realidad sólo las cargas de

la placa negativa se mueven (hacia la placa positiva), debido a

que el movimiento es sólo de los electrones.

Cuánta carga almacena un condensador al aplicársele una

diferencia de potencial entre sus terminales viene determinado

por una magnitud llamada capacitancia.

Esto viene dado por la fórmula:

C=Q.V

29


En realidad todo conductor eléctrico tiene una capacitancia

intrínseca e incluso componentes electrónicos

semiconductores como diodos especiales pueden desarrollar

capacitancias altas en determinados casos no obstante el

condensador como su nombre lo dice es un componente

hecho especialmente para tener una capacitancia alta y esta

dependerá del material con que esté hecho y su forma

geométrica.

La capacitancia de mide en unidades llamadas faradios en

honor al célebre científico inglés Michael Faraday quién

descubrió del fenómeno de la inducción electromagnética y

realizó trabajos importantes en electroquímica.

Un faradio se puede definir como la capacidad que tiene que

tener un conductor para que al aplicársele un voltio de

diferencia de potencial adquiera la carga de un culombio.

En la práctica el faradio es una unidad excesivamente grande

por lo que en la práctica se utilizan submúltiplos como los

milifaradios microfaradios nanofaradios y picofaradios Cabe

mencionar que desde hace unas décadas se vienen

desarrollando los súper capacitores teniendo éstos

capacitancias medidas en faradios y en tamaños cada vez

más reducidos.

Para un capacitor un su forma más básica es decir un

condensador plano paralelo la capacitancia se puede expresar

también como:

C=e?.S.D

Dónde:

?=Permitividad del dieléctrico

S=Superficie efectiva de las placas

D=Distancia entre las placas

30


Se puede aumentar la capacitancia de un condensador si se

introduce un aislante o dieléctrico entre las placas llenando

todo el espacio existente entre éstas Esto se debe a un efecto

conocido como polarización del dieléctrico.

La polarización en un dieléctrico es un reordenamiento de los

electrones en dicho aislante que se consigue acercando un

cuerpo cargado a un extremo del aislante En el aislante se

producirá un movimiento muy pequeño de los electrones

(menor que el diámetro atómico),y éste quedará cargado

positivamente por un lado y negativamente por el otro.

Si insertamos un dieléctrico a un capacitor ya cargado el

voltaje en éste se reducirá pero la capacitancia aumentará

manteniéndose igual la carga Si hacemos lo mismo con un

capacitor que esta conectado a una batería la batería

suministrará mas carga para mantener la tensión original por lo

que la carga en el capacitor aumentará.

La capacitancia en ambos casos se verá aumentada por el

factor k C=CoK

Pulsador:

Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para realizar

cierta función. Los botones son de diversas formas y tamaño y

se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque

principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos.

Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con

un dedo. Permiten el flujo de corriente mientras son

accionados. Cuando ya no se presiona sobre él vuelve a su

posición de reposo.

31


PIC:

El PIC usa un juego de instrucciones, cuyo número puede

variar desde 35 para PIC de gama baja a 70 para los de gama

alta. Las instrucciones se clasifican entre las que realizan

operaciones entre el acumulador y una constante, entre el

acumulador y una posición de memoria, instrucciones de

condicionamiento y de salto/retorno, implementación de

interrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo

llamada sleep.

Microchip proporciona un entorno de desarrollo freeware

llamado MPLAB que incluye un simulador software y un

ensamblador. Otras empresas desarrollan compiladores C y

BASIC. Microchip también vende compiladores para los PIC

de gama alta ("C18" para la serie F18 y "C30" para los dsPIC)

y se puede descargar una edición para estudiantes del C18

que inhabilita algunas opciones después de un tiempo de

evaluación.

Para el lenguaje de programación Pascal existe un compilador

de código abierto, JAL, lo mismo que PicForth para el lenguaje

Forth. GPUTILS es una colección de herramientas distribuidas

bajo licencia GPL que incluye ensamblador y enlazador, y

funciona en Linux, MacOS y Microsoft Windows. GPSIM es

32


otra herramienta libre que permite simular diversos dispositivos

hardware conectados al PIC.

Uno de los más modernos y completos compiladores para

lenguaje C es [mikroC], que es un ambiente de desarrollo con

editor de texto, bibliotecas con múltiples funciones para todos

los módulos y herramientas incorporadas para facilitar

enormemente el proceso de programación.

Zocalo:

En electrónica, el zócalo es el dispositivo para conectar

circuitos integrados en circuitos impresos, sin realizar

soldadura. Esto evita someter a temperatura excesiva a los

integrados u otros dispositivos, que puede dañarlos; además

permite el reemplazo del componente sin pasar por un proceso

de desoldadura y soldadura.

Los zócalos se utilizan habitualmente para memorias y otros

componentes similares, para permitir la modificación de su

información.

Existen diversos patillajes o conexiones de los zócalos, entre

los más habituales se encuentran los DIP (dual in-line

package); también los hay para SMD (surface mount device).

33


También existen zócalos ZIF (zero insertion force) en los que

el componente se coloca sin realizar presión. Se utilizan

normalmente para conectar componentes como memorias,

arrays programables y microcontroladores.

Pantalla LCD:

Una pantalla de cristal líquido o LCD (sigla del inglés liquid

crystal display) es una pantalla delgada y plana formada por

un número de píxeles en color o monocromos colocados

delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza

en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades

muy pequeñas de energía eléctrica.

Cada píxel de un LCD típicamente consiste de una capa de

moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos

filtros de polarización, los ejes de transmisión de cada uno que

están (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí.

Sin cristal líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por

el primer filtro sería bloqueada por el segundo (cruzando)

polarizador.

La superficie de los electrodos que están en contacto con los

materiales de cristal líquido es tratada a fin de ajustar las

moléculas de cristal líquido en una dirección en particular. Este

tratamiento suele ser normalmente aplicable en una fina capa

de polímero que es unidireccionalmente frotada utilizando, por

34


ejemplo, un paño. La dirección de la alineación de cristal

líquido se define por la dirección de frotación.

Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de

las moléculas de cristal líquido está determinada por la

adaptación a las superficies. En un dispositivo twisted nematic,

TN (uno de los dispositivos más comunes entre los de cristal

líquido), las direcciones de alineación de la superficie de los

dos electrodos son perpendiculares entre sí, y así se

organizan las moléculas en una estructura helicoidal, o

retorcida. Debido a que el material es de cristal líquido

birrefringente, la luz que pasa a través de un filtro polarizante

se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a través de la

capa de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo

filtro polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por

el primer filtro polarizante, pero por lo demás todo el montaje

es transparente.

Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una

fuerza de giro orienta las moléculas de cristal líquido paralelas

al campo eléctrico, que distorsiona la estructura helicoidal

(esto se puede resistir gracias a las fuerzas elásticas desde

que las moléculas están limitadas a las superficies). Esto

reduce la rotación de la polarización de la luz incidente, y el

dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo

suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el

centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la

polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a

través de la capa de cristal líquido. Esta luz será

principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por

eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. Por el control

de la tensión aplicada a través de la capa de cristal líquido en

cada píxel, la luz se puede permitir pasar a través de distintas

cantidades, constituyéndose los diferentes tonos de gris.

Pantalla LCD en un despertador.

35


El efecto óptico de un dispositivo twisted nematic (TN) en el

estado del voltaje es mucho menos dependiente de las

variaciones de espesor del dispositivo que en el estado del

voltaje de compensación. Debido a esto, estos dispositivos

suelen usarse entre polarizadores cruzados de tal manera que

parecen brillantes sin tensión (el ojo es mucho más sensible a

las variaciones en el estado oscuro que en el brillante). Estos

dispositivos también pueden funcionar en paralelo entre

polarizadores, en cuyo caso la luz y la oscuridad son estados

invertidos. La tensión de compensación en el estado oscuro de

esta configuración aparece enrojecida debido a las pequeñas

variaciones de espesor en todo el dispositivo. Tanto el material

del cristal líquido como el de la capa de alineación contienen

compuestos iónicos. Si un campo eléctrico de una

determinada polaridad se aplica durante un período

prolongado, este material iónico es atraído hacia la superficie y

se degrada el rendimiento del dispositivo. Esto se intenta

evitar, ya sea mediante la aplicación de una corriente alterna o

por inversión de la polaridad del campo eléctrico que está

dirigida al dispositivo (la respuesta de la capa de cristal líquido

es idéntica, independientemente de la polaridad de los campos

aplicados)

Cuando un dispositivo requiere un gran número de píxeles, no

es viable conducir cada dispositivo directamente, así cada

píxel requiere un número de electrodos independiente. En

cambio, la pantalla es multiplexada. En una pantalla

multiplexada, los electrodos de la parte lateral de la pantalla se

agrupan junto con los cables (normalmente en columnas), y

cada grupo tiene su propia fuente de voltaje. Por otro lado, los

electrodos también se agrupan (normalmente en filas), en

36


donde cada grupo obtiene una tensión de sumidero. Los

grupos se han diseñado de manera que cada píxel tiene una

combinación única y dedicada de fuentes y sumideros. Los

circuitos electrónicos o el software que los controla, activa los

sumideros en secuencia y controla las fuentes de los píxeles

de cada sumidero.

Llantas:

Las ruedas del robot son movidas por los motores.

Normalmente se usan ruedas de materiales anti-deslizantes

para evitar fallas de tracción. Su tamaño es otro factor a tener

en cuenta a la hora de armar el robot.

Sensores:

Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más

que un dispositivo diseñado para recibir información de una

magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud,

normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y

manipular.

Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados

mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias

variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes

37


que varían su magnitud en función de alguna variable), y la

utilización de componentes activos.

Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un

lado, ya que no es el tema que nos ocupa, más adelante

incluiremos en el WEB SITE algún diseño en particular de

algún tipo de sensor.

Descripción de algunos sensores:

Pretendo explicar de forma sencilla algunos tipos de sensores.

Sensores de posición:

Su función es medir o detectar la posición de un determinado

objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar

los siguientes tipos de captadores;

Los captadores fotoeléctricos:

La construcción de este tipo de sensores, se encuentra

basada en el empleo de una fuente de señal luminosa

(lámparas, diodos LED, diodos láser etc...) y una célula

receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos,

fototransistores o LDR etc.

Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisión de

luz, y en la detección de esta emisión realizada por los

fotodetectores.

Según la forma en que se produzca esta emisión y detección

de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores

por barrera, o captadores por reflexión.

En el siguiente esquema podremos apreciar mejor la diferencia

entre estos dos estilos de captadores:

Captadores:

38


Captadores por barrera. Estos detectan la existencia de un

objeto, porque interfiere la recepción de la señal luminosa.

Captadores por reflexión; La señal luminosa es reflejada por el

objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador

fotoeléctrico, lo que indica al sistema la presencia de un

objeto.

Sensores de contacto:

Estos dispositivos, son los más simples, ya que son

interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en

contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce

la presencia de un objeto en un determinado lugar.

Captadores de circuitos oscilantes:

Este tipo de captadores, se encuentran basados en la

existencia de un circuito en el mismo que genera una

determinada oscilación a una frecuencia prefijada, cuando en

el campo de detección del sensor no existe ningún objeto, el

circuito mantiene su oscilación de un manera fija, pero cuando

un objeto se encuentra dentro de la zona de detección del

mismo, la oscilación deja de producirse, por lo que el objeto es

detectado.

Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores

de presencia, ya que al no tener partes mecánicas, su

robustez al mismo tiempo que su vida útil es elevada.

Sensores por ultrasonidos:

Este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento

que los de tipo fotoeléctrico, ya que se emite una señal, esta

vez de tipo ultrasónica, y esta señal es recibida por un

39


receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que

realice la señal emitida podremos diferenciarlos entre los que

son de barrera o los de reflexión.

Captadores de esfuerzos:

Este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor

parte en el empleo de galgas extensométrica, que son unos

dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser

una tracción o una compresión, varia su resistencia eléctrica,

de esta forma podemos medir la fuerza que se está aplicando

sobre un determinado objeto.

Sensores de Movimientos:

Este tipo de sensores es uno de los más importantes en

robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de

las distintas partes que forman el robot, y de esta manera

podemos controlar con un grado de precisión elevada la

evolución del robot en su entorno de trabajo.

Sensores de deslizamiento:

Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que

fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al

aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se

caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente.

Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de

sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor

(pinzas), cuando el robot decide coger el objeto, las pinzas lo

agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si

se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las

pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las

pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el

deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la

fuerza de agarre suficiente.

40


Sensores de Velocidad:

Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto

tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida

de este tipo de sensores es la medición de la velocidad

angular de los motores que mueven las distintas partes del

robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro

de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica

acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular,

ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de

tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje,

pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una

determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy

fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este

tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden

generar errores en las medidas.

Existen también otros tipos de sensores para controlar la

velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de

un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de

la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará

la velocidad del motor.

Sensores de Aceleración:

Este tipo de sensores es muy importante, ya que la

información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de

un robot es de vital importancia, ya que si se produce una

aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que

tiende a hacer poner el objeto en movimiento.

Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta

con una determinada presión un objeto en su órgano terminal,

si al producirse un giro del mismo sobre su base a una

determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el

brazo, y en especial sobre su órgano terminal, si esta

aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre

41


el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve

contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto

salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria

determinada, por lo que el control en cada momento de las

aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas

partes del robot son muy importantes.

Quemador de PIC:

El programador se conecta al puerto serie de ordenador, más

adelante veremos el modelo exacto que seleccionaremos en el

software para programar los microcontroladores con nuestro

circuito.

En la siguiente tabla podemos ver los modelos de

microcontroladores que podemos programar.

En todos los modelos de PICs, el programador funciona tanto

con las distintas versiones de cada modelo (-P, -A, -B, -JW),

como con las versiones de bajo consumo (16LF y 18LF). Estos

modelos al ser redundante no están incluidos en la tabla.

42


El esquema eléctrico es de lo más sencillo.

Placa:

Es una lamina fabricada de vinillo que posee numero variable

de pequeños orificios y símbolos (según el diseño) donde se

montan componentes electrónicos a fin de armar un circuito

con un fin practico.

Fibra de vidrio:

La fibra de vidrio se conforma de hebras delgadas hechas a

base de sílice o de formulaciones especiales de vidrio,

extruidas a modo de filamentos de diámetro diminuto y aptas

para procesos de tejeduría. La técnica de calentar y elaborar

fibras finas a partir de vidrio se conoce desde hace milenios;

sin embargo, el uso de estas fibras para aplicaciones textiles

es mucho más reciente: sólo hasta ahora es posible fabricar

hebras y fibras de vidrio almacenadas en longitudes cortadas y

43

http://www.kemisa.es/web/Pics/esquema-pics-g.gif


estandarizadas. La primera producción comercial de fibra de

vidrio ocurrió en 1936; en 1938 Owens-Illinois Glass Company

y Corning Glass Works se unieron para formar la Owens-

Corning Fiberglas Corporation. Cuando ambas compañías se

unieron para producir y promover la fibra de vidrio, introdujeron

al mercado filamentos continuos de fibra de vidrio.1 Owens-

Corning continúa siendo el mayor productor de fibra de vidrio

en el mercado actual.2

Los tipos de fibra de vidrio usados más comúnmente son las

de vidrio clase E (E-glass: vidrio de alumino-borosilicato con

menos de 1% peso/peso de óxidos alcalinos, principalmente

usada para GRP), pero también se usan las clases A (A-glass:

vidrio alcali-cal con pocos o ningún óxido de boro), clase E-CR

(E-CR glass: de silicato álcali-cal con menos de 1% peso/peso

de óxidos alcalinos, con alta resistencia a los ácidos), clase C

(C-glass: vidrio álcali-cal con alto contenido de óxido de boro,

usadas por ejemplo en fibras de vidrio con filamentos cortos),

clase D (D-glass: vidrio de borosilicato con una constate

dieléctrica alta), clase R (R-glass: vidrio de alumino silicatos

sin MgO ni CaO con altas prestaciones mecánicas) y la clase

S (S-glass: vidrio de alumino silicatos sin CaO pero con alto

contenido de MgO con alta resistencia a la tracción).

La fibra de vidrio útil para tejido tiene como base el compuesto

sílice, SiO2. En su forma pura el dióxido de silicio se comporta

como polímero (SiO2)n. Es decir, no tiene un punto de fusión

verdadero pero se suaviza a 1200 °C, punto en el que

comienza a descomponerse y a 1713 °C la mayoría de las

moléculas presentan libertad de movimiento. Si el vidrio ha

sido extruido y enfriado de forma rápida desde esta

temperatura, es imposible obtener una estructura

ordenada.4 En su estado de polímero se forman grupos de

SiO4que están configurados con estructura tetrahédrica con el

átomo de silicio en el centro, y cuatro átomos de oxígeno en

44

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Gupta-4

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-2

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Loewenstein-1


las puntas. Estos átomos luego forman una red de enlaces en

las esquinas que comparten los átomos de oxígeno.

Los estados vítreos y cristalinos de la sílice (vidrio y cuarzo)

tienen niveles energéticos similares en sus bases moleculares,

lo que implica que en su forma vidriosa es extremadamente

estable; en orden de reducir la cristalización, debe ser

calentado a temperaturas superiores a los 1200 °C por

períodos prolongados de tiempo.1

Estructura molecular teórica del vidrio

Aunque la sílice pura es perfectamente viable para hacer vidrio

y fibra de vidrio, debe ser procesada a temperaturas muy altas,

lo cual es un inconveniente a menos que sus propiedades

químicas específicas sean necesarias. Parecería inusual

introducir impurezas al vidrio, sin embargo añadir algunos

materiales contribuye a bajar su temperatura de trabajo; estos

materiales también añaden otras propiedades al vidrio que

pueden ser benéficas en aplicaciones diferentes. El primer tipo

de vidrio usado para hacer fibra fue el vidrio de cal sodada o el

vidrio Clase A, que no es muy resistente a compuestos

alcalinos; para corregir esto, un nuevo tipo conocido como

Clase E, se desarrolló como un vidrio de alumino-borosilicato

que es libre de elementos alcalinos (<2%);5 esta fue la primera

formulación de vidrio usada para la formación de filamentos. El

vidrio de clase E constituye aún la principal forma de

producción de fibra de vidrio y sus compuestos particulares

45

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Volf-5

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Loewenstein-1

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass_tetrahedon.svg


pueden tener ligeras variaciones que deben permanecer bajo

cierto rango. La letra E es usada debido a que se desarrolló

principalmente para aplicaciones eléctricas. El vidrio Clase S es

una formulación cuya característica principal es la alta

resistencia a la tracción y por lo mismo recibe su letra

(de tensile strength). El vidrio clase C fue desarrollado para

resistir el ataque químico, principalmente de ácidos que

destruirían un vidrio clase E (su letra proviene entonces

de chemical resistance).5 El vidrio de Clase T, es una variante

comercial de North American Fiberglass del vidrio de Clase C.

El vidrio Clase A es una referencia industrial para denominar al

vidrio reciclado, muchas veces de botellas, que se usa para

hacer lana de vidrio. La clase AR es un vidrio resistente a

compuestos alcalinos (AR de alkali-resistant). La mayoría de

las fibras de vidrio tienen una solubilidad limitada en agua pero

esto cambia en relación al pH. Los iones de cloruro también

pueden atacar y disolver superficies de vidrio Clase E.

El vidrio de clase E no puede derretirse realmente, pero a

cambio se suaviza, definiéndose su punto de ablandamiento

como "la temperatura a la que una fibra con un diámetro entre

0.55 y 0.77mm de 235mm de longitud, se alarga con su propia

carga a una rata de 1mm/min cuando está suspendida

verticalmente y se ha calentado a una tasa de 5 °C por

minuto".6 El punto de deformación se alcanza cuando el vidrio

tiene una viscosidad de 1014.5 poise. El punto de atenuación

(enfriamiento), que es la temperatura en la que las tensiones

internas se reducen a un límite comercialmente aceptable de

15 minutos, está determinado por una viscosidad de 1013

poise.6

La tensión del vidrio usualmente se comprueba y reporta para

fibras "vírgenes" o prístinas—aquellas que se acaban de

fabricar. Las fibras recién hechas, más delgadas, son las más

fuertes debido a que son más dúctiles. Cuanto más se raye su

46

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Lubin-6

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Lubin-6

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Volf-5


superficie, menor será la tenacidad resultante. Debido a que el

vidrio presenta una estructura amorfa, sus propiedades son

isotrópicas, es decir, son las mismas a lo largo y ancho de la

fibra (a diferencia de la fibra de carbono, cuya estructura

molecular hace que sus propiedades sean diferentes a lo largo

y ancho, es decir, anisotropízas). La humedad es un factor

importante para la tensión de rotura; puede ser adsorbida

fácilmente y causar rupturas y defectos superficiales

microscópicos, disminuyendo la tenacidad.

A diferencia de la fibra de carbono, la de vidrio puede soportar

más alargamiento antes de romperse;4 existe una relación de

proporcionalidad entre el diámetro de doblez del filamento, al

diámetro del filamento en sí. La viscosidad del vidrio fundido es

muy importante para el éxito durante la fabricación; durante la

conformación (tirando del vidrio para reducir el espesor de la

fibra) la viscosidad debe ser relativamente baja; de ser muy

alta, la fibra se puede romper mientras se tira. Sin embargo, de

ser muy baja, el vidrio puede formar gotas en vez de

convertirse en filamentos útiles para hacer fibra.

Puente h:

El término "puente H" proviene de la típica representación

gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4

interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los

interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2

y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor,

haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y

S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el

giro en sentido inverso del motor.

Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1

y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque

47

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio#cite_note-Gupta-4


esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con

S3 y S4.

Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el giro de

un motor, pero también puede usarse para frenarlo (de

manera brusca), al hacer un corto entre las bornas del motor,

o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo

su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la

fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las

diferentes acciones.

S

1S2 S3 S4 Resultado

1 0 0 1 El motor gira en avance

0 1 1 0 El motor gira en retroceso

0 0 0 0 El motor se detiene bajo su inercia

1 0 1 0 El motor frena (fast-stop)

Joystik:

Una palanca de mando o joystick (del inglés joy, alegría,

y stick, palo) es un dispositivo de control de dos o tres ejes que

se usa desde una computadora o videoconsola hasta un

transbordador espacial, los nuevos aviones de transporte

como el Airbus A320 y los nuevos diseños de aviones de caza,

pasando por grúas de carga y porta contenedores, también

48


existen nuevos tractores y máquinas pesadas, que tienen

funciones especiales controlados por computadora.

Se suele diferenciar entre joysticks digitales (que leen cuatro

interruptores encendido/apagado en cruceta situada en la base

más sus combinaciones y los botones de acción) y los

analógicos (que usan potenciómetros para leer continuamente

el estado de cada eje, y además de botones de acción pueden

incorporar controles deslizantes), siendo estos últimos más

precisos.

Elementos de un joystick:o Mangoo Baseo Botón de disparoo Botones adicionaleso Interruptor de autodisparoo Palancao Botón direccionalo Ventosa

Bolaloca:

49


D. Funcionamiento

El funcionamiento del circuito se basa en emitir una ráfaga de

señales luminosas infrarrojas las cuales al rebotar contra un

objeto cercano se reciben por otro componente. Al ser recibidas el

sistema detecta proximidad, con lo que el led de salida se

acciona.

El circuito integrado es un generador/decodificador de tonos.

Tanto el fotodiodo como el fototransistor deberán estar situados

con unidades de enfoque adecuadas para mejorar el alcance.

Con simples reflectores de LED's se pueden obtener alcances del

orden de pulgadas. Es conveniente sacrificar algo de rango pero

colocar filtros UV y SUNLIGHT los cuales no dejan entrar al

fototransistor (elemento receptor) los rayos del sol

VI. METODOLOGIA

A. Población y muestra

Al ver la problemática del transito, es una realidad que vivimos la

mayoria de la poblacion tiene problemas para desplazarce de un

punto a otro y el tiempo se ha incrementado paulatinamente, y

esto nos lleva a dar una solucion al igual a la poca consideracion

de los discapactados ya que en muchos casos el discapaditado

no tiene la importancia que debe tener, ya que son humanos y

tienen los mismos derechos y muchas veces hemos observado

maltrato y el proyecto quiere la inclusion y a la vez darles la ayuda

necesaria.

En las empresas, hay muchos riesgos en las cargas de productos

y en las actividades que el trabajador tiene a su cargo, si eso

implica riesgo y ademas si un trabajo demade mucho tiempo y

50


genere perdidas a la empresa se podria utilizar nuestra propuesta

así se evitaria accidentes y perdidas de vidas.

B. Diseño o técnica de observación

Una vez obtenida la teoría y definido el diseño de la investigación

es necesario definir las técnicas de recolección de datos , por

esta vez se utilizará el procedimiento de descripción y

observación se lleva a cabo cuando se pretende probar la

hipótesis que se dió, es decir cuando estamos realizando el

estudio o investigación es importante saber que vamos a

investigar, es decir se van recogiendo diversos datos que van

apareciendo y anotarlos si es necesario, la observación se lleva a

cabo cuando ya se conoce muy bien que es lo que se va a

estudiar.

Entonces antes de elegir el tema ya teniamos conocimientos

previos a ello, al escoger dicho tema, averiguamos y vimos el

procedimiento que debiamos seguir, desde la busqueda de

componentes hasta buscar la mejor teoria para ponerlo en

practica, como ya hay proyectos de este tipo, nos dimos la

libertad de ver cada uno de los proyectos que tenian quecon los

robots seguidores de linia,

C. Instrumentos Cautín de lapíz.

Pasta de soldar.

Placas de fibra de vidrio.

Pinzas de punta.

Pinzas de corte.

Soldadura.

Cable delgado para electrónica.

Kolaloka.

Encendedor.

Cloruro Ferrico.

Taladro.

51


Brocas

D. Técnicas de recolección de datos

Para la recoleccion de datos se utilizo el metodo cientifico:

Observación

Formulación de hipótesis

Experimentación

Emisión de conclusiones

E. Estudio piloto

a) Circuiteria: Conjunto de elementos físicos, ya sean

electrónicos, eléctricos o mecánicos, que forman parte de un

equipo electrico o electronico. En el caso de ordenadores se le

denomina hardware.

b) Diseño de circuito: El diseño de circuito pertenece a la rama

de la electrónica y estudia los diferentes métodos que se

utilizan para desarrollar un circuito electrónico, ya sea de

forma digital o analógica. El circuito integra una serie de

escalas que forman parte de los numerosos componentes de

este.

F. DESARROLLO CAPITULAR

El procedimiento que se seguirá es el siguiente:

52


a) Creacion de del software: La primera parte es crear el

programa del proyecto en el cual trabajara el circuito, esto se

quemara en nuestro pic y este tendra la informacion para el

correcto desarrollo del circuito

b) Creacion del circuito en protoboard: La segunda parte

consta de poner todos los instrumentos electronicos sobre un

protoborad y armar el circuito para ver si funciona.

c) Creación de las pistas del circuito sobre la placa fenolica. Sobre la placa fenólica y del lado donde se encuentra el cobre

se trazan las pistas según el circuito con un plumón negro.

Una vez hecho esto se vacía el cloruro férrico sobre un

recipiente donde se colocara la placa para poder obtener las

pistas grabadas en cobre.

d) Montar los componentes y soldar correctamente. Con la

placa fenolica correctamente grabada y totalmente seca y

libre de asperezas, se procede a montar los componentes uno

a uno y soldar correctamente.Se tiene que tener mucho

cuidado con al soldar ya que un error o distracción puede

traer serias consecuencias como posibles cortos o falsos.

e) Ajuste de motores y engranes. Los motores del proyecto se

ajustaran a los extremos de una lámina de metal que se

pegara a la placa principal. Ya que el proyecto o cada

instrumento para los discapacitados seran automatizados.

f) La parte de los sensores es la mas importante, se debe

tener en cuenta la distancia entre emisores y receptores, así

como la polaridad adecuada en base al circuito.Una vez

53


soldadas correctamente todas las piezas se debe colocar la

pila de 12Volts.

El Prototipo debe colocarse en un lugar plano asegurándose

de que los engranes de los motores toquen totalmente la

superficie así como los alambres que van en la parte frontal.

g) La elaboración de la pista. Esta es la parte más sencilla;

solo se utiliza cinta de aislar negra y papel cascaron y se

diseña un trayecto cerrado cualquiera.

G. ASPECTO ADMINISTRATIVO

Recursos humanos

En este proyecto los recursos humanos son 4 alumnos los cuales

estamos encargados el proyecto los cuales se reparten de la

siguien manera:

Arana,

Corrales,

Llamoca,

Mansilla,

Castañeda.9opikjlñnml

Recursos institucionales

La identidad que podria desarrolar este poyecto seria empresas

en general que deseen automatizarce, y además para la reforma

de transito, se verian incluido el ministerio de transportes y

telecomunicaiones ya la vez, constructoras que tomen a cargo el

proyecto.

Para referirnos de la ayuda a los discapacitados el proyecto

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deberia ser llevado por el ministerio de la salud y ONG en general

que de este tipo de ayuda.

El espacio fisico para que el proyecto se lleve a cabo, en lo

empresarial, seria las instalaciones de la empresa, en la reforma

de transito vehicular seria, las vias de transito respectivamente,

asi mismo para la ayuda de discapcitados, serian las

instalaciones que por lo general los minusvalidos usan en su día a

día.

Presupuesto

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MATERIAL PRECIO

10 RESISTENCIAS

1 POTENCIOMETRO

3 CAPACITORES

1 PULSADOR

1 PIC

1 ZOCALO

1 PANTALLA LCD

ESPADINES

1 PAR DE LLANTAS

3 SENSORES DE ULTRASONIDO

1 QUEMADOR DE PIC

1 PLACA FELOMONICA

FIBRA DE VIDRIO 20x20

1 PUENTE H

1 JOSTICK

1 BOLALOCA

1 CRISTALDE 4 HRZ

S/. 1.00

S/. 1.00

S/ 1.20

S/ 0.50

S/15.00

S/ 1.00

S/16.00

S/ 1.00

S/20.00

S/45.00

S/50.00

S/ 6.00

S/10.00

S/20.00

S/20.00

S/ 1.00

S/ 0.50

Un total de 209 soles con 20 centavos

Tiempo

56


El tiempo aproximado para terminar el proyecto entre elegir el

tema, recolección de información, compra de componentes,

ensamblaje, pruebas, y si hay errores, el proyecto tendrá un

tiempo 2 meses aproximadamente, como se muestra en el

cronograma, ya que diversas actividades en los demas curnos

nos inposibilita en avanzar y culminar el proyecto.

H. CRONOGRAMA 20 de Mayo: Primer avance del informe sobre el poyecto

27 de Mayo: Segundo avance del informe sobre el proyecto

3 de Junio: Entrega del informe

17 de Junio: Primer avance de la encuesta

22 de Junio: Segundo avance de la encuesta

4 de Julio: Entrega de la encuesta

6 de Julio: Implementacion de la puesta masa

10 Julio: Implemantacion del software

15 julio : Implementacion del Hardware.

20 Julio: Entrega de proyecto culminado

I. BIBLIOGRAFIA

57


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proyecto, sensor para discapacitados

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