SEP SNEST TNM

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA

INGENIERÍA MECATRÓNICA

PAQUETE TECNOLÓGICO DEL DISPOSITIVO ELECTRONICO BASADO EN LA PREDICCION DE MOVIMIENTOS PARA DETECTAR UN DISCO DE HOCHEY

ALUMNOS:

Eduardo Sánchez Eliel

Reye Pérez Diego

Aguilera Sánchez Lemuel

Formulación y Evaluación de Proyectos

Metepec, Estado de México, Mayo del 2015

RESUMEN

El juego de hockey sobre mesa (también llamado  hockey de mesa, aero hockey o tejo) es un deporte en el cual dos personas compiten para anotar puntos en la portería contraria.

Sin embargo, desde la creación de este juego, siempre ha consistido que sea un “1vs1” esto quiere decir, que se podía jugar solamente con la participación de dos jugadores, con el pasar de los años, se quisieron y se fueron implementando nuevas tecnologías con el fin de hacer el juego más rápido, difícil, y por consecuencia más entretenido.

Una de esas nuevas tecnologías consistió en la creación de un mando automático, el cual por medio de una cámara predecía los movimientos del disco de juego, dando una respuesta de inmediata al rival.

En el presente trabajo se presenta el desarrollo de un paquete tecnológico de bajo costo para la creación de una mesa de hockey automática, el paquete se basa en el uso de software y hardware libres y considera el uso de sensores utilizados para la predicción de movimientos. Como plataformas de software y hardware libres, en este caso el elegido fue arduino. Al final se muestran los resultados obtenidos, primeramente el diseño y la elaboración de la mesa como tal y segundo, la programación e implementación de la totalidad de los componentes.

INTRODUCCIÓN

El uso del juego hockey sobre mesa es muy común en salas de juegos, sin embargo para su juego se necesita de dos persona, siendo esto lo normal desde la creación como tal de la mesa. Sin embargo la creación de una mesa automática que es lo que deseamos, no existe como tal, debido a su alto coste debido a su complejidad para el diseño, así como lo caro de sus componentes, pero sobre todo la programación que se necesita.

Sin embrago con los avances tecnológicos actuales, todo esto ha disminuido, dando como resultado una elaboración más barata y fácil para su construcción.

Una de esas nuevas tecnologías es Arduino, Arduino es una plataforma denominada open hardware que reúne en una pequeña placa de circuito impreso (PCB) los componentes necesarios para conectarse con el mundo exterior y hacer funcionar un microcontrolador Atmega. Actualmente hay varios modelos de sistemas Arduino que van cambiando de microcontrolador, siendo los primeros el Atmega8 y el Atmega168. Al ser Open-Hardware, tanto su diseño como su distribución son libres, es decir, puede utilizarse sin inconvenientes para desarrollar cualquier tipo de proyecto sin tener que adquirir ningún tipo de licencia. Esta plataforma es el dispositivo electrónico que se encarga de recolectar las lecturas de los sensores (que se describen a continuación), así como de procesar los datos, enviarlos a una salida predeterminada y tomar acciones de control si así se requiere. Cabe destacar que es posible manejar señales analógicas y digitales. La posibilidad de integrar sensores digitales y analógicos, hace posible la construcción de sensores propios o adaptación de otros para obtener resultados comparables a sensores comerciales pero a un costo menor, con calidad y con la capacidad de calibración de acuerdo a las condiciones locales.

En el presente trabajo se describe un paquete tecnológico de bajo costo con materiales disponibles en el mercado nacional; este paquete contempla la construcción de sensores propios, adaptación de sensores comerciales para la lectura de datos, así como el diseño físico desde 0 de la mesa, proporcionando medidas y materiales.

MATERIALES Y METODOS

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE MESA HOCKEY

Como su nombre lo dice, todo parte de una mesa de hockey, así que lo primero que ocupamos hacer es una mesa de hockey común.

Primeramente se hizo uso de un tablón el cual fue cortado a la medida, este tiene la función de servir como base de la mesa, a continuación fueron colocados 5 bastidores en la parte posterior de la mesa, los cuales sirven para tener un mayor soporte así como servir de base para la colocación de las patas de la mesa, todo esto fue ensamblado haciendo uso de tornillos de variadas medidas así como de una cortadora de madera para corte exacto tanto de tablones como de bastidores (Figura 1)

Figura 1

Posteriormente se pasa a perforar el tablón, por medio de una guía previamente echa de tal forma que cada perforación sea exacta y precisa se procede a perforar el tablón en su totalidad haciendo uso de un taladro y una broma de 1mm, esto tiene como finalidad que una vez que los ventiladores estén en su lugar el aire que estos dan sea arrojado por medio de esas perforaciones haciendo que el disco de juego sea elevado restándole resistencia con la mesa y haciendo que se desplace de forma más sencilla y rápida.

Terminada la perforación de la mesa se procede a cubrir con fomi los 5 bastidores anteriormente colocados siendo pegados con silicón caliente todo esto para que el aire que desprenden los ventiladores no sea liberado por algunas de las

perforaciones realizadas por los tornillos utilizados previamente. Hay que tener en cuenta que se tienen que colocar los cables a utilizar de los ventiladores antes de colocar el fomi ya que posteriormente se utilizaran. (Figura 2)

Figura 2

Se lleva acabo el paso de la colocación de los ventiladores en este caso son dos ventiladores PC 90mm de 12V 0.5ª utilizados comúnmente para el enfriado de aparatos de electrónica, estos son colocados en la parte central de la los tablones (mesa) ya que de esta forma el aire expulsado es uniforme para todos los lados de la mesa, este proceso se hace por medio de una caladora y de unos moldes previamente hechos al tamaño de los ventiladores para que su corte sea exacto. (Figura 3)

Figura 3

Por último paso se lleva a cabo la colocación de las patas de la mesa, así como la colocación de las barreras de contención tanto laterales como finales de ambos lados, las cuales servirán para que el disco no se salga de la mesa, estas barreras de contención están forradas de fomi para que el impacto del disco contra ellas sea de manera suave estas son colocadas por medio de perforaciones echas con el taladro y la broca de 1 mm. (Figura 4)

Figura 4

CONSTRUCCIÓN DE ROBOT HOCKEY

Montar el Arduino Mega con el shield RAMPS 1.4

Se a modifican la RAMPS para utilizar los drivers con ⅛ de Microstepping. Para ello se debe eliminar el JUMPER que aparece en la foto (Foto 1). Hay placas de RAMPS que no tienen jumper así que lo que se debe hacer es cortar esa pista con un cúter (Y con cuidado) entre esos dos puntos. Con un tester se pude comprobar que no existe continuidad y por tanto que la pista la se ha cortado correctamente. Se debe hacer esto para los drivers de X, Y y Z

Foto 1

Se colocan los drivers con sus disipadores en las salidas X, Y y Z. La salida X irá al eje X, la salida Y irá al eje Y (motor izquierdo, visto el hockey desde atrás) y la salida Z al motor eje Y derecho.

Preparación de los motores.

Se debe preparar una parte plana en el eje de salida de los motores, El mejor método es colocarlo en un banco de mesa y realizar la parte plana con una lima. (Foto 2)

Foto 2

Se preparan los cables y los conectores de los motores. El motor X debe tener una longitud de cable de: 80cm, El eje Y-izquierdo debe tener una longitud de 30 cm y el eje Y-derecho debe tener una longitud de 58 cm. Para alargar los cables de los motores se deben soldar un nuevo cable con los conectores adecuados. Lo más cómodo es comprar los cables que ya vienen con los conectores (set de cables de las impresoras 3D) y si no, soldarle los conectores.

Preparar la alimentación de 12V en el conector de la RAMPS

La fuente puede ser una fuente de PC o una fuente de 12V mínimo 5A. Respetar la polaridad: Negro negativo, rojo positivo. También podemos alimentar con una batería de 12V o una batería de litio 3S o 4S como mucho.

Conectar el cable USB al ordenador

Cargar el arduino IDE (versión 1.0.5). Elegir en el menú Herramientas->Tarjeta Arduino Mega 2560 y en Herramientas->Puerto Serial, el puerto serie que nos

haya asignado para el arduino. Al cargar deberían parpadear algunas luces del RAMPS

Desconectar el cable USB del arduino

Se deberán conectar los 3 motores. (Cable azul del motor hacia la izquierda). Conectar la alimentación de 12V (conector del RAMPS) y comprobar que a los pocos segundos, los motores comienzan a girar lentamente. El motor X debería girar en el sentido de las agujas del reloj, el motor Y (Y-izquierdo) debería girar en el sentido contrario de las agujas del reloj y el motor Z (Y-derecho) debería girar en el sentido de las agujas del reloj. Si alguno de los motores no gira en el sentido adecuado, habría que modificar el código y comentar/descomentar las líneas para invertir los sentidos de los motores.

Hasta ahora todo se ha hecho con materiales existentes en el mercado, tornillos, caladoras, taladro, broca, motores, arduino, ramps, etc. Sin embargo a partir de este paso, todo lo que se hace se lleva acabo, con piezas especiales, ya que son únicas en cuanto medida y material, estas están impresas en 3D y las piezas y su función son las siguientes:

Eje Y

-Una vez impresas las piezas, se comienza por el eje Y. El eje Y tiene dos partes, la derecha y la izquierda. Ambas son totalmente simétricas y usan las mismas piezas. Se comienza montando el soporte para el motor del eje Y (Foto 3)

Foto 3

Ahora se pasa a atornillar el motor con los tornillos M3x6 y usando una o dos arandelas. Se puede poner también la polea GT2 de 42 dientes de ese motor. La

polea se debe montar con las 2 tuercas M3 embutidas en sus agujeros correspondientes y sus tornillos M3x12. Uno de los tornillos debe coincidir con la parte plana del eje del motor para asegurar que la polea no se resbale en el eje.

Ahora se ancla a la mesa. Los tornillos deben quedar a 8 mm del borde, de forma que el motor quede separado aproximadamente 2 mm del borde de la mesa. Usar 2 tornillos 3x30 para anclar a la mesa. La pieza de soporte del motor debe quedar bien centrada en el filo de la madera. (Foto 4)

Foto 4

El agujero para la pieza del otro extremo del eje Y estará a 46.6 cm del borde de la mesa y centrado en altura. La idea es que la varilla del eje Y debe estar perfectamente centrada y alineada con el listón lateral de la mesa.

Se prepara la pieza del carro del eje y poniendo un rodamiento de bolas LM8UU en el centro. (Foto 5)

Foto 5

Se toma una de las varillas de acero de 46cm, se introduce el carro del eje Y, se inserta en el extremo del motor y se coloca en el otro extremo la pieza del final del eje Y. Se atornilla la pieza del final del eje Y, y se comprueba que el carro ruede correctamente y con poco rozamiento.

Momento de colocar la otra polea (lisa) del extremo del eje Y que va montada con un rodamiento 608 y un pequeño tubo de aluminio de 24mm Si quedara holgura entre el rodamiento y la polea se puede pegar para que el rodamiento y la polea sean totalmente solidarios. Una vez montada la polea en el extremo de la pieza (simplemente va apoyada, la correa hará que no se pueda caer). Ahora se monta la correa GT2 (o T5), se pasa por las dos poleas (la del motor y la del extremo y se engancha en la pieza del carro en la ranura correspondiente. La correa debe quedar suficientemente tensa. Se comprueba que el carro se mueve y arrastra correctamente la correa y el motor gira pero la correa no patina sobre la polea del motor.

Si la correa patina (resbala) sobre la polea del motor puede ser que se tenga poca tensión en la correa o que la polea no se ha impreso correctamente y resbala en la correa. Si es esto último se debería plantear o imprimir la pieza con mayor calidad o pasar a correa T5 y poleas T5 que son más fáciles de imprimir. (Foto 6)

Foto 6

Eje X

Imprimir las piezas del carro del eje X, atornillar la parte de arriba y la de abajo. Atornillar también el soporte para la correa. Los rodamientos pueden ser impresos en PLA (funcionan muy bien con los tubos de carbono) o LM8UU. Si los rodamientos han sido impresos en PLA asegurarse que las tolerancias son correctas y que deslizan bien en el tubo de carbono, si no es así, ajustar un poco las tolerancias y volver a imprimirlos (o repasarlos con una lima). Coger los rodamientos con bridas al carro y comprobar con los tubos de carbono que desliza bien. (Foto 7)

Foto 7

Colocar los dos tubos de carbono (o aluminio) de 65cm, pasarlos por los rodamientos del carro X y engancharlos en los agujeros de los carros del eje Y en ambos lados. Colocar las tapas de los tubos en los carros del eje Y para evitar que los tubos se salgan por detrás (tornillos M3). Si los tornillos quedan sueltos en los agujeros, usar unos más largos y ponerles tuerca por el otro lado.

Comprobar que el carro X se mueve libremente en todo su recorrido con poco rozamiento y muy importante, que queda en todo momento a una altura de unos 2mm sobre la mesa en todo el recorrido del robot. Es muy importante que no roce con la mesa en ningún punto, siempre debe quedar un poco elevado (entre 1 y 2mm).

Montar el soporte para el motor X en el carro Y-izquierdo con dos tornillos M3x20 con tuercas. Colocar el motor X con los tornillos M3x6 y arandelas. (Foto 8)

Foto 8

Montar la polea GT2 de 42 dientes en el eje del motor X, igual que se hizo con los otros motores, uno de los tornillos debe coincidir con la parte plana del eje del motor para que quede bien sujeta. En el otro extremo poner una polea sin dientes con un rodamiento 608 y un tubo de aluminio de 30mm sujeto al carro. Montar la correa del eje X, anclarla en el soporte del carro X y comprobar que queda suficientemente tensa. Probar a mover el carro arrastrando la correa y debería girar el motor X sin problemas y sin resbalarse la correa.

Colocación de la electrónica

Colocar el Arduino Mega+RAMPS con dos tornillos 3x30 directamente en la madera posterior. Montar el ventilador de refrigeración de la electrónica tal y como se muestra en la foto. (Foto 9)

Foto 9

Ahora es momento de comenzar con las conexiones. Se conectara cada motor con su driver igual que se hizo anteriormente. Eje X al X, Motor Y-izquierdo al Eje Y y el motor Y-derecho al Eje Z de la RAMPS.

El ventilador para refrigerar la alimentación va conectado a la salida de 12V de la RAMPS y colocar respetando la polaridad.

Los ventiladores de la mesa van conectados a las salidas de los FETS de la RAMPS.

Montaje de la cámara PS3 Eye

Se necesitara imprimir las 2 piezas para el montaje y un tubo de carbono (o aluminio) de 8mm de 87.5cm de largo. La pieza de anclaje a la mesa lleva 3 tornillos de 3x20. La otra pieza simplemente se encaja en la base de la cámara. La cámara debe quedar totalmente paralela y alineada a la mesa y apuntando al centro de la misma. (Foto 10)

Foto 10

CONCLUCIONES

Como se pudo observar el automatizar un mando de una mesa de hockey tiene su lado de complejidad, gran parte de la dificultad es realizar el programa en arduino así como el aparejamiento de RAM’S y drivers, sin embargo lo demás es el de contar con tiempo y recursos.

Quedo demostrado que si uno hace uso de las nuevas tecnologías, uno puede llegar a crear, innovar cosas nuevas, los cuales hacen que lo existe a nuestro alrededor sea algo todavía más atrayente y divertido para nosotros.

El software libre permite el control de sensores que favorecen un ambiente controlado, que deriva en un mejor aprovechamiento de los recursos económicos para ser utilizados de forma divertida jugando

El desarrollo de software ad-hoc para este paquete tecnológico (sensores y software propio) permite escalar el sistema con la integración de nuevas tecnologías de como por ejemplo la predicción de movimientos en accidentes automovilísticos

Los materiales de construcción utilizados en la elaboración de los sensores y mesa de hockey permitieron disminuir costos de producción.

El conjunto, sensores-Arduino-software que aquí se presentó, permite evitar la dependencia de tecnología extranjera, disminuir costos, lo que permitiría adaptar procesos de automatización o ayudar en la toma de decisiones.