proyecto de grado para obtener el título de ingeniero en

135
1 TIPO DE DOCUMENTO Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en Electrónica TÍTULO PROTOTIPO DE MONTACARGAS AUTOMÁTICO AUTOR (ES) HERNANDEZ, Alejandro; RAYO, Héctor y TORRES, Jorge LUGAR BOGOTÁ D.C. FECHA JULIO DE 2011 PALABRAS CLAVE Montacargas, Motor, Actuador, Microcontrolador, Sensor, Pista, Dirección, Coordenadas. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO El prototipo montacargas automático controlado de manera inalámbrica funciona desde un panel de operación en donde el usuario elije desde y hacia donde desea transportar carga ingresando en un PC las coordenadas requeridas para dicho desplazamiento sobre una pista demarcada, sin necesidad de estar en contacto directo con la máquina.

Upload: others

Post on 23-Apr-2022

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

1

TIPO DE

DOCUMENTO

Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

Electrónica

TÍTULO PROTOTIPO DE MONTACARGAS AUTOMÁTICO

AUTOR (ES) HERNANDEZ, Alejandro; RAYO, Héctor y TORRES, Jorge

LUGAR BOGOTÁ D.C.

FECHA JULIO DE 2011

PALABRAS CLAVE

Montacargas, Motor, Actuador, Microcontrolador, Sensor, Pista, Dirección,

Coordenadas.

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO

El prototipo montacargas automático controlado de manera inalámbrica

funciona desde un panel de operación en donde el usuario elije desde y hacia

donde desea transportar carga ingresando en un PC las coordenadas

requeridas para dicho desplazamiento sobre una pista demarcada, sin

necesidad de estar en contacto directo con la máquina.

Page 2: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

2

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

Este trabajo se desarrolla bajo el marco de la línea institucional de la Facultad de

Ingeniería: “Tecnologías actuales y sociedad”.

FUENTES CONSULTADAS

BARRIENTOS, Antonio, Fundamentos de Robótica 2da edición, Mc Graw Hill,

Madrid 1996.

ENRIQUEZ HARPER, G. El ABC de la Instrumentación en el Control de

procesos Industriales, Limusa Noriega Editores, Balderas 95 México D.F

2004.

C: Manual de referencia segunda edición, Ebert Shildt, España.

PALACIOS, Enrique y otros, Microcontrolador PIC16f84 Desarrollo de

proyectos, Grupo Editor Alfaomega, Primera edicion, Mexico Agosto 2004.

TERRY, Godfrey. Lenguaje ensamblador para microcomputadoras IBM,

Mexico, PerticeHall, 1991.

USCATEGUI, José Maria, Microcontroladores Pic, Diseño Practico de

Aplicaciones 2da edicion, México 2003.

ECG.

Manual de almacenamiento, transporte y distribución BAVARIA SAB MILLER

PLC.

Page 3: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

3

http://www.sigmaelectronica.net

http://www.youtube.com

CONTENIDOS

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES

Un montacargas es un modelo de vehículo que se emplea comúnmente en las

zonas industriales, su función es la de realizar el transporte de mercancías

con el fin de organizar el producto de un proceso o la materia prima para el

mismo.

1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Cómo lograr un almacenamiento organizado dentro de un recinto limitado, de

tal manera que sea eficaz, que contribuya a la disminución del índice de

accidentalidad que se ocasiona con el uso de los montacargas actuales y

además reducir el impacto ambiental que genera el uso de combustibles,

reemplazándolos por el de energía eléctrica?

Page 4: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

4

1.3 JUSTIFICACION

Este proyecto cobra importancia en la visión que tienen las empresas que se

ven en la necesidad de ingresar en un mundo competitivo respetando algunas

normas establecidas a nivel mundial, como por ejemplo el cuidado del medio

ambiente establecido en la norma ISO 14001, esto se logra disminuyendo la

emisión de gases ya que el prototipo a realizar utiliza como fuente generadora

de energía una batería la cual puede ser recargable.

Todo esto contribuye al cumplimiento de las metas establecidas por cada

organización desde el punto de vista de producción y almacenamiento de

productos permitiendo adaptarse a estándares en dichos procesos para

obtener un control eficiente de los productos almacenados. Además lo

anterior contribuye a una mejor calidad de vida de la sociedad.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un prototipo de montacargas para recintos limitados,

controlado por un PC mediante radiofrecuencia y usando actuadores

electromecánicos.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar cuáles son los sensores más adecuados para la

ubicación del prototipo.

Establecer cuáles son los dispositivos necesarios para el control del

prototipo.

Page 5: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

5

Diseñar el circuito de control de actuadores.

Establecer cual es control más adecuado para el prototipo.

Diseñar y desarrollar el software para el control del prototipo.

Determinar e implementar el tipo de enlace inalámbrico entre el

ordenador y el prototipo.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

Para el diseño y construcción del presente prototipo de montacargas se ha

establecido una dimensión aproximada de 50cm x 50cm, consta de cuatro

ruedas, con las que podrá desplazarse tanto hacia adelante como hacia atrás,

así como girar en las intersecciones de la pista.

El prototipo identificará el recorrido, guiándose mediante un seguidor de línea

que interactúa de manera precisa de acuerdo a una ruta establecida por

medio de una pista que está diseñada con coordenadas x, y.

El prototipo poseerá una estiba con unas dimensiones aproximadas de 21cm x

21cm, la carga máxima que se podrá transportar en dicha estiba no puede ser

mayor a 1Kg.

El prototipo será controlado desde un PC, dicho control será realizado de

manera inalámbrica y consistirá en iniciar el prototipo, detenerlo y asignación

de nuevas coordenadas en caso de encontrar obstáculos o en caso de

presentar algún fallo.

Page 6: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

6

METODOLOGÍA

El presente trabajo tiene un enfoque teórico práctico y como estrategia de

trabajo se toma como referencia los sistemas ya existentes y la forma como se

está trabajando actualmente en la industria para evaluar y comparar cual sería

la proyección, las ventajas y las desventajas de la propuesta con este tipo de

desarrollos tecnológicos.

CONCLUSIONES

El sistema de comunicación inalámbrica permite realizar operaciones desde

una estación centralizada en donde se asignan órdenes de carga y descarga

de mercancías de una manera eficiente, eficaz y segura.

El sistema de caja de tracción por medio de un diferencial de potencia permite

eliminar el uso de un motor como se utiliza en otros robots en el momento de

realizar curvas, lo que conlleva a consumir menos energía proveniente de las

baterías.

El movimiento de mercancías en las bodegas presenta un alto índice de riesgo

de accidentalidad, afectando a las personas transitan caminando, porque las

personas que manipulan los montacargas realizan maniobras sin ningún

control de velocidad.

Page 7: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

7

PROTOTIPO DE MONTACARGAS AUTOMÁTICO

HECTOR ENRIQUE RAYO LUNA

NORMAN ALEJANDRO HERNÁNDEZ

JORGE ALEXANDER TORRES

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA

PROYECTO DE GRADO

BOGOTÁ D.C

2011

Page 8: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

8

PROTOTIPO DE MONTACARGAS AUTOMÁTICO

HECTOR ENRIQUE RAYO LUNA

NORMAN ALEJANDRO HERNÁNDEZ

JORGE ALEXANDER TORRES

PROYECTO DE GRADO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA

PROYECTO DE GRADO

BOGOTÁ D.C

2011

Page 9: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

9

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 17

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18

1.1 ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE) 18

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 20

1.3 JUSTIFICACIÓN 21

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 22

1.4.1 Objetivo General 22

1.4.2 Objetivos Específicos 22

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 23

2. MARCO DE REFERENCIA 24

2.1 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 24

2.1.1 Sensores 24

2.1.2 Sensores ópticos 25

2.1.3 Actuadores eléctricos y motores 27

2.1.4 Motores DC 27

2.1.5 Motor paso a paso 28

2.1.6 Motorreductores 28

2.2 MARCO LEGAL 33

3. METODOLOGÍA 35

4. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO

TEMÁTICO DEL PROGRAMA 36

Page 10: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

10

5. DESARROLLO INGENIERIL 37

5.1 DISEÑO MECÁNICO 40

5.1.1 Mecanismo de elevación de la carga 40

5.1.2 Ensamble de la dirección 42

5.1.3 Ensamble de la transmisión 43

5.1.4 Chasis 45

5.1.5 Tipo de ruedas 46

5.2 DISEÑO ELECTRÓNICO 48

5.2.1 Sensor CNY70 48

5.2.2 Finales de carrera 56

5.2.3 Sensores de distancia 60

5.2.4 Motorreductores en el prototipo 62

5.2.5 Comunicación 68

5.2.6 Pista 69

5.3 DISEÑO DE SOFTWARE 71

5.3.1 Rutinas 72

5.4 CÁLCULOS MATEMÁTICOS 94

5.4.1 Reguladores de tarjeta de control y potencia 94

5.4.2 Regulador de módulo RF 95

5.4.3 CNY70 96

6. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 99

6.1 PRUEBAS 99

6.1.1 Motores 99

6.1.2 Comunicación 99

6.1.3 Sensores y motores 101

6.1.4 Pista 102

6.1.5 Eficiencia de las baterías 105

Page 11: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

11

6 Modelo final del montacargas 105

7. CONCLUSIONES 107

8. RECOMENDACIONES 108

BIBLIOGRAFÍA 109

GLOSARIO 110

ANEXOS 112

Page 12: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

12

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Sistemas de transmisión para los robots 44

Tabla 2. Comparación CNY70 vs QRD1114 48

Tabla 3. Motor Dirección 92

Tabla 4. Motor Tracción 92

Tabla 5. Motor Sistema de elevación 93

Tabla 6. Distribución de pines PIC 18F4550 93

Tabla 7. Consumo motores 99

Tabla 8. Configuración Hyperterminal 99

Tabla 9. Comandos 133

Page 13: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

13

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Sensor 1 25

Figura 2. Sensor 2 26

Figura 3. Motor paso a paso 28

Figura 4. Diagrama de bloques general 38

Figura 5. Diagrama de bloques: Diseño mecánico y electrónico 38

Figura 6. Diagrama de bloques: comunicación 39

Figura 7. Diagrama de bloques: Software 39

Figura 8. Mecanismo de elevación 41

Figura 9. Dirección 42

Figura 10. Transmisión 44

Figura 11. Chasis 45

Figura 12. Rueda 47

Figura 13. Sensor CNY70 48

Figura 14. Ubicación de sensores CNY70 49

Figura 15. Primer par de sensores CNY70 50

Figura 16. Segundo par de sensores CNY70 51

Figura 17. Tercer par de sensores CNY70 51

Figura 18. Cuarto par de sensores CNY70 52

Figura 19. Quinto par de sensores CNY70 53

Figura 20. Sexto par de sensores CNY70 53

Figura 21. Esquema Electrónico CNY70 y tarjeta de dirección 54

Figura 22. Esquema Electrónico tarjeta de dirección 55

Figura 23. Finales de carrera 56

Figura 24. Final de carrera superior 57

Figura 25. Final de carrera inferior 58

Page 14: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

14

Figura 26. Final de carrera del testigo de carga 59

Figura 27. Sensor GP2D150A 60

Figura 28. Sensor de distancia frontal 61

Figura 29. Sensor de distancia posterior 61

Figura 30. Motor de tracción 63

Figura 31. Diferencial de potencia 64

Figura 32. Motor de dirección 65

Figura 33. Motor de plataforma 66

Figura 34. Esquema Elecrónico: Motores 67

Figura 35. Modulador XB24-Z7CIT-004 68

Figura 36. Pista 69

Figura 37. Rutina 1 73

Figura 38. Rutina 2 74

Figura 39. Rutina de control 1 74

Figura 40. Rutina de control 2 75

Figura 41. Rutina avance adelante 75

Figura 42. Rutina avance en reversa 76

Figura 43. Rutina 2 77

Figura 44. Rutina sistema de elevación 81

Figura 45. Contador derecho 82

Figura 46. Contador izquierdo 83

Figura 47. Sensor A 84

Figura 48. Sensor B 85

Figura 49. Sensor C 86

Figura 50. Sensor D 87

Figura 51. Sensor E 88

Figura 52. Sensor F 89

Figura 53. Motor de dirección 92

Page 15: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

15

Figura 54. Regulador 94

Figura 55. Malla en el CNY70 96

Figura 56. Malla led 96

Figura 57. Malla fototransistor 97

Figura 58. Software X-CTU 101

Figura 59. Modelo inicial de la pista 103

Figura 60. Segundo modelo de Pista 104

Figura 61. Modelo final de Pista 104

Figura 62. Montacargas final 105

Figura 63. Circuitos impresos con Eagle 112

Figura 64. Tarjeta de dirección en Proteus: Parte inferior 113

Figura 65. Tarjeta de dirección en Proteus: Parte superior 113

Figura 66. Tarjeta de dirección en Proteus: Perforaciones 113

Figura 67. Tarjeta de dirección en Proteus: Solder resist 114

Figura 68. Tarjeta de dirección en Proteus: Silk 114

Figura 69. Tarjeta de control en Proteus: Parte superior 115

Figura 70. Tarjeta de control en Proteus: Parte inferior 115

Figura 71. Tarjeta de control en Proteus: Perforaciones 116

Figura 72. Tarjeta de control en Proteus: Solder resist 116

Figura 73. Tarjeta de control en Proteus: Silk 117

Figura 74. Diseño tarjeta de control en Proteus 118

Figura 75. Tarjeta de potencia en Proteus: Parte superior 119

Figura 76. Tarjeta de potencia en Proteus: Parte inferior 119

Figura 77. Tarjeta de potencia en Proteus: Perforaciones 120

Figura 78. Tarjeta de potencia en Proteus: Solder resis 120

Figura 79. Diseño tarjeta de potencia en Proteus 121

Figura 80. Circuito impreso tarjeta de control parte superior sin componentes 122

Figura 81. Circuito impreso tarjeta de control: Parte superior componentes 122

Page 16: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

16

Figura 82. Circuito impreso tarjeta de control: Parte inferior sin componentes 123

Figura 83. Circuito de tarjeta de potencia Parte superior sin componentes 123

Figura 84. Circuito impreso de tarjeta de potencia: Parte superior con

componentes 124

Figura 85. Circuito de tarjeta de potencia Parte inferior sin componentes 125

Figura 86. Imagen general del montacargas 126

Figura 87. Montacargas visto desde diferentes ángulos 127

Figura 88. Plano de la barra de dirección 127

Figura 89. Plano del chasis 128

Figura 90. Plano de bujes 129

Figura 91. Plano de las ruedas 130

Figura 92. Plano de la carcasa protectora del diferencial de potencia 131

Figura 93. Plano de las uñas 132

Page 17: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

17

INTRODUCCIÓN

A través de los años, el diseño de diversas tecnologías se ha centrado en facilitar

la realización de actividades laborales, así como en permitir una reducción en los

costos de la empresa; es por ello que en cada instante se está pensando en

introducir nuevos elementos que brinden mayores ventajas tanto a la población

como a los empresarios, y es quizás el medio de transporte uno de los cuales

requiere de una gran cantidad de dispositivos mecánicos para el desarrollo de sus

actividades. Es por tal razón que se desea implementar un prototipo de

montacargas automático que permita el transporte de mercancía con la finalidad

de tener un control organizado en el almacenaje de éstas, todo ello regulado por

medio de un PC, el cual a su vez permite un control de velocidad que va

reglamentado con la ley y con las normas establecidas, además de eliminar el

riesgo de accidentes que se pueden presentar al operar los artefactos que existen

en la actualidad.

Es así como el diseño de este prototipo de montacargas automático otorgará

ventajas no sólo a nivel empresarial sino a nivel social, llegando a constituirse en

un futuro como el dispositivo necesario e idóneo para las actividades llevadas a

cabo en el sector de transporte de carga.

Page 18: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

18

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE)

Un montacargas es un modelo de vehículo que se emplea comúnmente en las

zonas industriales, su función es la de realizar el transporte de mercancías a partir

del uso de tarimas o estibas, lo cual va a permitir que posteriormente se pueda

acomodar dicha mercancía en los módulos de almacenamiento. Este vehículo

cuenta con la capacidad necesaria como para soportar cargas muy pesadas, es

decir, aquellas que ninguna persona o grupo de personas podrían soportar de

ninguna manera.

Aproximadamente en el año 1823 se comenzaron a construir ciertos mecanismos

que fueron claves en la ayuda para lograr un modelo de ascensor llamado Elisha

Otis, que data del año 1853. Este invento, a su vez, permitió la aparición de los

primeros frenos, que consecuentemente derivaron en la construcción de

elevadores de gran seguridad, todo esto llevando a la aparición del montacargas.

De acuerdo a lo anterior los montacargas han ido cambiando en su manera de

funcionamiento, la mayor parte del tiempo han trabajado con combustibles y ahora

se están implementando aquellos que funcionan con corriente eléctrica o con

sistemas híbridos.

Uno de los ejemplos de innovación en la construcción de montacargas es un

sistema llamado Kiva Systems1, este tipo de montacargas funciona de manera

automática, el cual trabaja como un seguidor de línea típico, pero no sigue un

color en el piso, sino que su referencia es mediante rastreo de un camino metálico;

además no posee uñas, sino que lleva la carga en la parte superior.

Otro proyecto de montacargas se denomina Larsen Project2, este prototipo se

asemeja bastante a lo que se quiere realizar, la gran diferencia es que dicho

1 Kiva Systems [Internet] [consultado 5 Noviembre de 2009]. Disponible en http://www.kivasystems.com

2 Larsen Project [Internet] [consultado 5 Noviembre de 2009]. Disponible en http://www.larsenproject.com/

Page 19: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

19

dispositivo es controlado mediante control remoto, enviando notificaciones al

operador para que le indique siempre que es lo que debe hacer.

En el país se han desarrollado algunos prototipos de montacargas automáticos

pero presentan ciertos problemas como el mal funcionamiento de los frenos ya

que no actúan a tiempo, algunos ejemplos de ello se pueden ver en la página de

YouTube, los cuales son:

1.1.1 Un prototipo de madera3 hecho en la ciudad de Bogotá, este prototipo

funciona con control remoto pero no tiene buen control, no ejecuta

adecuadamente las órdenes.

1.1.2 Montacargas automático NXT4, que también fue hecho en Colombia; este

prototipo tiene parte de Lego, funciona a control remoto, uno de los

inconvenientes que presenta es que no posee buenos frenos.

1.1.3 Este prototipo5 al igual que el anterior es realizado con partes Lego,

funciona como un seguidor de línea y detección de obstáculos, posee

inconvenientes para seguir la línea ya que se demora bastante para girar

en las curvas

3 YouTube.com [Internet] [consultado 5 Noviembre de 2009]. Disponible en

http://www.youtube.com/watch?v=kpwPccchC_4

4 YouTube.com [Internet] [consultado 5 Noviembre de 2009]. Disponible en

http://www.youtube.com/watch?v=afgxo5T--EE

5 YouTube.com [Internet] [consultado 5 Noviembre de 2009]. Disponible en

http://www.youtube.com/watch?v=1TB50Bol9qs&feature=related

Page 20: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

20

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Desde tiempos remotos, el hombre se ha visto en la necesidad de transportar y/o

trasladar objetos y mercancías, lo cual lo ha llevado poco a poco a desarrollar

equipos que permitan facilitar la realización de dichas labores. Sin embargo, se

han presentado algunos inconvenientes como la presencia de accidentes, la

emisión de gases contaminantes y en ocasiones el deterioro o daño de las

mercancías. Por este motivo se plantea el siguiente interrogante ¿Cómo lograr un

almacenamiento organizado dentro de un recinto limitado, de tal manera que sea

eficaz, que contribuya a la disminución del índice de accidentalidad que se

ocasiona con el uso de los montacargas actuales y además reducir el impacto

ambiental que genera el uso de combustibles, reemplazándolos por el energía

eléctrica?

Page 21: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

21

1.3 JUSTIFICACIÓN

Este proyecto cobra importancia en la visión que tienen las empresas quienes se

ven en la necesidad de ingresar en un mundo competitivo respetando algunas

normas establecidas a nivel mundial, como por ejemplo el cuidado del medio

ambiente establecido en la norma ISO 14001, esto se logra disminuyendo la

emisión de gases ya que el prototipo a realizar utiliza como fuente generadora de

energía una batería la cual puede ser recargable, se puede utilizar una estación de

recarga eléctrica en donde habrá unas o mas baterías de stand by, que a su vez

disminuyen los costos de combustible, y la necesidad de tener una planta de

abastecimiento siendo esta reemplazada por un rack o una estación de recarga de

energía; otro aspecto a tener en cuenta es la seguridad industrial basado en la

Norma Técnica Colombiana NTC-18001 Sistema de gestión en seguridad y salud

ocupacional disminuyendo los índices de accidentalidad en las bodegas de

almacenamiento.

Todo esto contribuye al cumplimiento de las metas establecidas por cada

organización desde el punto de vista de producción y almacenamiento de

productos permitiendo adaptarse a estándares en dichos procesos para obtener

un control eficiente de los productos almacenados. Además lo anterior contribuye

a una mejor calidad de vida de la sociedad.

Page 22: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

22

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo General

Diseñar y construir un prototipo de montacargas para recintos limitados,

controlado por un PC mediante radiofrecuencia y usando actuadores

electromecánicos.

1.4.2 Objetivos Específicos

Determinar cuáles son los sensores más adecuados para la

ubicación del prototipo.

Establecer cuáles son los dispositivos necesarios para el control del

prototipo.

Diseñar el circuito de control de actuadores.

Establecer cual es control más adecuado para el prototipo.

Diseñar y desarrollar el software para el control del prototipo.

Determinar e implementar el tipo de enlace inalámbrico entre el ordenador y

el prototipo.

Page 23: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

23

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

Para el diseño y construcción del presente prototipo de montacargas se han

establecido algunos parámetros para determinar las características del mismo;

este prototipo tendrá una dimensión aproximada de 50cm x 50cm que consta de

cuatro ruedas, que podrá desplazarse tanto hacia adelante como hacia atrás, así

como girar en las intersecciones de la pista.

El prototipo identificará el recorrido, guiándose mediante un seguidor de línea que

interactúa de manera precisa de acuerdo a una ruta establecida por medio de una

pista que está diseñada con coordenadas x, y. Si por algún motivo el prototipo

encuentra un obstáculo, se detendrá y solicitará confirmación de coordenadas o

asignación de unas nuevas; es necesario tener un buen sistema de iluminación

para que el prototipo pueda realizar una buena identificación de las pistas.

El prototipo poseerá una estiba con unas dimensiones aproximadas de 21cm x

21cm, la carga máxima que se podrá transportar en dicha estiba no puede ser

mayor a 1Kg.

El prototipo será controlado desde un pc, dicho control será realizado de manera

inalámbrica y consistirá en iniciar el prototipo, detenerlo y asignación de nuevas

coordenadas en caso de encontrar obstáculos o en caso de presentar algún fallo.

Page 24: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

24

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL

2.1.1 Sensores. El término sensor se refiere a un elemento que produce en su

salida, una señal relacionada con un valor de referencia que se está midiendo,

independientemente del tipo de variable de que se trate.

Los sensores son elementos físicos que pertenecen a un tipo de dispositivo

llamado transductor; los sensores son un tipo concreto de transductores que se

caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud

física que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la

tensión eléctrica, debido a la facilidad del trabajo con ella.

Los sensores son un componente crucial a cualquier máquina que se denomine un

robot. Los sensores entregan información sobre el robot y el ambiente en el cual

está interactuando, al computador (cerebro) del robot; el programa computacional

del robot decide que hacer basándose en esa información y en sus propias

instrucciones de tareas de alto nivel.

A los sensores, se les debe exigir la siguiente serie de características:

Exactitud. Se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin

errores sistemáticos. La media de los errores cometidos debe tender a cero.

Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores

aleatorios en la medición son menores.

Rango de funcionamiento. El sensor debe tener un amplio rango de

funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y

precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.

Page 25: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

25

Velocidad de respuesta. El sensor debe responder a los cambios de la

variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera

instantánea.

Calibración. Es el proceso mediante el que se establece la relación entre la

variable medida y la señal de salida que produce el sensor. Debe poder

realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una

recalibración frecuente.

Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos

inesperados durante su funcionamiento.

2.1.2 Sensores ópticos. Este tipo de sensores se utiliza para la detección de

cercanía de objetos inclusive se utiliza en sistemas de seguridad para la detección

de intrusos.

En este tipo de sensores las señales que se transmiten y detectan son luminosas.

Figura 1. Sensor 1

Fuente: www.logismarket.es/ip/leuze-electronic-medido...

Page 26: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

26

Figura 2. Sensor 2

Fuente: www.veset.cl/.../stories/images/Nivel2/opt.jpg

CNY70. Los sensores CNY70 son sensores ópticos reflectivos que irradian

un haz de luz incidente de 950nm y es recibida por un fototransistor; esta

propiedad cambia de acuerdo a la superficie y debido a las propiedades de

emisividad que tiene cada color, ya que debido al color cambia la longitud

de onda reflejada hacia el fototransistor.

QRD1114. Este sensor utiliza un diodo emisor infrarrojo en combinación

con un fototransistor NPN infrarrojo para detectar las señales infrarrojas.

Sirve para detectar transiciones Negro-Blanco (robots sigue-líneas) o para

detectar objetos cercanos (0.5 a 1 cm). Entre sus principales

características están:

o Salida con fototransistor.

o Filtro de luz de día.

o Empaque compacto.

o Detección de objetos difusos.

OPB606A. Consiste de un diodo emisor de luz (led) y un fototransistor

NPN, que están montados en ejes paralelos, las características son:

Page 27: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

27

o Detecta superficies difusas o fuera de foco

o Bajo costo

o Permite filtrado entre OPB606 y OPB607

2.1.3 Actuadores eléctricos o motores. Son el grupo de aparatos que se utilizan

para convertir la energía eléctrica en energía mecánica o a la inversa con medios

electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica

se le denomina generador, alternador o dinamo, y a una máquina que convierte la

energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. El funcionamiento se basa

en la interacción entre el campo magnético del imán permanente y el generado por

las bobinas, ya sea una atracción o una repulsión hacen que el eje del motor

comience su movimiento.

Existen varias formas de lograr que los motores inviertan su sentido de giro, una

es utilizando una fuente simétrica o dos fuentes de alimentación con un interruptor

simple de dos contactos y otra es utilizar una fuente común con un interruptor

doble es decir uno de 4 contactos, en todos los casos es bueno conectar también

un capacitor en paralelo entre los bornes del motor, esto para amortiguar la

inducción que generan las bobinas internas del motor.

2.1.4 Motores DC. Son motores que a medida que la corriente pasa a través de

la armadura, se genera un par de fuerzas debido a la acción del campo magnético.

La revolución de la armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta, este voltaje

es opuesto al voltaje exterior que se aplica a la armadura y de ahí que se conozca

como voltaje inducido o fuerza contra electromotriz. Cuando el motor gira más

rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La

velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo

magnético que actúa sobre la armadura, así como de la corriente de ésta. Cuanto

más fuerte es el campo, más bajo es el grado de rotación necesario para generar

Page 28: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

28

un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado.

Razón por la cual, la velocidad de los motores de corriente continua puede

controlarse mediante la variación de la corriente del campo.

2.1.5 Motor paso a paso. Los motores paso a paso son ideales para la

construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos.

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un

paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90°

hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°; este tipo de motores poseen la

habilidad de poder quedar enclavados en una posición o totalmente libres, si una o

más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la posición

correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula

corriente por ninguna de sus bobinas ( ver figura 3 ).

Figura 3. Motor paso a paso

Fuente: www.veset.cl/.../stories/images/Nivel2/paso.jpg

2.1.6 Motorreductores. En todo tipo de industria siempre se requiere de equipos,

cuya función es variar las revoluciones por minuto (rpm) de entrada, que por lo

general son mayores de 1200, entregando a la salida un número menor de rpm sin

sacrificar potencia, esto se logra por medio de reductores y motorreductores de

velocidad que además permiten sacarles buen provecho gracias al acoplamiento

mecánico que poseen.

Page 29: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

29

Los reductores o motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda

clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que en un momento dado y de

acuerdo a la aplicación se requiera reducir su velocidad en una forma segura y

eficiente.

Algunos de los beneficios de la utilización de motorreductores son:

Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia

transmitida.

Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el

motor.

Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el

mantenimiento.

Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.

Cuando se requiere el servicio de un motorreductor se debe tener en cuenta el tipo

de motor eléctrico pues este puede ser tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y

refrigerado por medio de un sistema de refrigeración forzada (ventilador ) el cual

está instalado en la parte del eje del motor que no va acoplado a la caja

reductora.

Para el prototipo de montacargas se hizo una comparación entre varios

motorreductores y de esta forma poder elegir el apropiado:

Motorreductor 1. Este motor con reducción de 12V está especialmente

indicado para su utilización en robots, ya que proporciona 120 revoluciones

por minutos en vacío con un consumo de 60mA, el eje del motor es de 6mm

y se acopla perfectamente con los diferentes casquillos y adaptadores de

ruedas de robots. Existe un soporte de aluminio que facilita el montaje en

cualquier superficie. Fuerza: 8,8 Kg/cm.

Page 30: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

30

Especificaciones técnicas:

Costo $45.000

Tensión Nominal 12V

Velocidad Nominal a 12V 120 rpm

Consumo sin carga 12V 60mA

Relación engranajes 50:01:00

Peso 152g

Diámetro Eje 6mm

Rosca fijación 4 x M3

Motorreductor 2. Este motor con reducción de 7,2V está especialmente

indicado para su utilización en robots, ya que proporciona 291 revoluciones

por minutos en vacío con un consumo de 130mA. Este motor puede usarse

a 12V siempre y cuando no sea de forma continua, como es el caso de los

robots de competición, que normalmente se alimentan a tensiones 2 y 3

veces superiores a la tensión nominal del motor solo durante breves

instantes. El eje del motor es de 6mm y se acopla perfectamente con los

diferentes casquillos y adaptadores de ruedas de robots. Existe un soporte

de aluminio que facilita el montaje en cualquier superficie. Fuerza 7,1

Kg/cm.

Especificaciones técnicas:

Costo $ 45.000

Tensión Nominal 7,2V

Velocidad Nominal a 7,2V 175 rpm

Consumo sin carga 7,2V 139 mA

Relación engranajes 30:01:00

Peso 148 g

Diámetro Eje 6 mm

Page 31: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

31

Rosca fijación 4 x M3

Motorreductor 3. Potente motor de corriente continua a 12V que

proporciona 152 revoluciones por minuto con una potencia de 16,7 kg*cm

que lo hacen ideal en aquellas aplicaciones de robótica en las que es

necesario una mayor potencia, como es el caso de los robots de sumo y de

los robots empleados en las competiciones.

Costo $ 55.000

Especificaciones técnicas:

Tensión Nominal 12V

Velocidad Nominal a 12V 152 rpm

Consumo sin carga 12V 120mA

Relación engranajes 50:01:00

Peso 202g

Diámetro Eje 6mm

Rosca fijación 4 x M3

Motorreductor 4. Motor de 12VDC y de 60 rpm

Especificaciones técnicas:

Costo $40.000

Tensión Nominal 12V

Velocidad Nominal a 12V 60 rpm

Consumo sin carga 12V 0.707 A

Relación engranajes 30:01:00

Peso 150g

Diámetro Eje 6mm

Rosca fijación 4 x M3

Page 32: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

32

Drivers de potencia. Las etapas de potencia más conocidas son los

Puentes-H, que utilizan varios transistores para conseguir ese aumento de

potencia. Otro tipo de etapas de potencia la constituyen los Drivers de

Potencia, que son circuitos integrados que poseen toda la electrónica

necesaria en su interior y que son extremadamente sencillos de utilizar.

Uno de los más comúnmente utilizados en robótica de afición es el L293D.

Este tipo de circuitos dispone al menos de un par de pines para la

alimentación, pines de entrada de baja corriente y pines de salida de

media/alta corriente. En los pines de entrada de baja corriente es donde se

conectan las salidas del puerto paralelo (o las salidas de un

microcontrolador cualquiera) y en las salidas de media/alta potencia es

donde se conectan los motores.

Tras una búsqueda entre los componentes de todas las placas electrónicas se

encontraron los siguientes drivers:

* BA6209 Driver dual. Alimentación: 6 a 18v. Corriente max: 1.6A

* LB1641 Driver dual. Alimentación: 5 a 18v. Corriente max: 1.6A

* TC4424 Driver dual. alimentación: 5 a 22v. Corriente max: 3A

* BA5983FM BTL DRIVE

Page 33: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

33

2.2. MARCO LEGAL

Toda empresa sabe de la importancia que es laborar en un ambiente seguro, para

su personal y sus operaciones. La idea es alcanzar el objetivo de cero accidentes

en cada una de las operaciones, especialmente en aquellas, donde existan

peligros potenciales que puedan terminar en la ocurrencia de eventos no

deseables con consecuencias lamentables.

Para prevenir los accidentes se han implementado algunas normas como las

siguientes:

Código Sustantivo del Trabajo: Artículo 108 Literal 11. Indicaciones para

prevenir accidentes de trabajo

Ley 9 de 1979: Código Sanitario Nacional, Artículo 90 – 97. De las

edificaciones destinadas a lugares de trabajo, las cuales deben cumplir con

las disposiciones sobre localización y construcción y con las normas de

zonificación urbana.

NTC 1867: Higiene y seguridad. Sistema de señales contra incendio.

instalación, mantenimiento y usos.

NTC 1461: Higiene y seguridad. Colores y señales de seguridad. Esta

norma tiene por objeto establecer los colores y señales de seguridad

utilizados para la prevención de accidentes y riesgos contra la salud y

situaciones de emergencia.

Clases de señalización:

o Señalización óptica

o Indicadores luminosos

o Señalización acústica

o Comunicación verbal

o Señales gestuales

Page 34: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

34

Demarcación

o Color blanco. Zona de circulación

o Color amarillo. Lugares de almacenamiento, pasamanos, barandas

o Color naranja. Partes peligrosas de máquinas y/o equipos

o Color verde pálido. Cuerpo de maquinaría y/o equipo

o Color azul. Controles o fuentes de poder de maquinaría y equipo

Page 35: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

35

3. METODOLOGÍA

El presente trabajo tiene un enfoque teórico práctico y como estrategia de trabajo

basada en la investigación teniendo como referencia los sistemas ya existentes y

la forma como se está trabajando actualmente en la industria para evaluar y

comparar cual sería la proyección, las ventajas y las desventajas de la propuesta

con este tipo de desarrollos tecnológicos. También es necesario investigar cómo

las empresas que ya tienen esta aplicación en el país llevan a cabo la actividad de

almacenamiento de sus productos y qué se puede mejorar, para complementar la

información encontrada en los referentes de internet de marcas reconocidas como

Toyota, Linde, Yale entre otras.

Page 36: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

36

4. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD /

CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA

El presente proyecto está involucrado con la siguiente línea de investigación de la

Universidad San Buenaventura: Tecnologías actuales y sociedad, pues su

finalidad es un servicio a la sociedad y en concordancia con esto la integración a

una de las sub-líneas de investigación de la Facultad de Ingeniería que tiene que

ver con el área de Instrumentación y control de procesos, puesto que en la

construcción de este prototipo es necesaria la implementación de elementos que

controlen el movimiento y/o la velocidad así como la posición de los dispositivos

mecánicos, de esa forma los campos del programa son: control y microelectrónica.

Page 37: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

37

5. DESARROLLO INGENIERIL

Los siguientes ítems hacen referencia a todo el resultado del desarrollo ingenieril

incluyendo sus fases, junto con la metodología empleada para la implementación

del prototipo del montacargas. En esta fase se pondrá en práctica todos los

factores que influyen de manera directa en el desarrollo de los diseños pertinentes

para la implementación del prototipo. Se tendrán en cuenta 2 variables

principales: el diseño mecánico y electrónico del montacargas y el diseño del

software para el control y funcionamiento del mismo.

A continuación se plasma la estructura, el funcionamiento y los diferentes

componentes del prototipo del montacargas, por medio de diagramas de bloques.

Page 38: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

38

Figura 4. Diagrama de bloques general

Figura 5. Diagrama de bloques: Diseño mecánico y electrónico

Microcontrolador

Sensores

Rx

Tx

Leds

Circuito de

Potencia

Motores

Parte

Mecánica

Page 39: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

39

Figura 6. Diagrama de bloques: comunicación

Figura 7. Diagrama de bloques: Software

Rx

Tx

Max

232

PC

Page 40: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

40

5.1 DISEÑO MECÁNICO

Este es el prototipo de un montacargas real para esto utiliza como materia prima

perfiles de aluminio puesto que son de un material liviano que a su vez permite

fácil manufactura. La estructura mecánica se divide en las siguientes partes:

5.1.1 Mecanismo de elevación de la carga. Se comienza con el ensamble del

sistema de elevación para definir cuál será el tipo de carga que se quiere

transportar, este mecanismo se encarga de levantar la carga hasta la altura

deseada en este caso tiene un desplazamiento máximo de un nivel o capa

linealmente de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo, el mecanismo se

desplaza gracias a un motor reductor el cual está acoplado a un tornillo sin fin

para generar el desplazamiento del sistema, adicionalmente se encuentra un

juego de 18 rodamientos que están ubicados de forma vertical que cumplen con la

función de mantener alineado el sistema al igual que facilitar el desplazamiento del

sistema de elevación, este sistema se diseñó de acuerdo a los modelos de los

montacargas comerciales. En la figura 8 se ve la plataforma desde distintos

puntos.

Page 41: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

41

Figura 8. Mecanismo de elevación

Page 42: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

42

5.1.2 Ensamble de la dirección. La dirección del prototipo es electromecánica

utilizando un motor reductor que proporciona un torque de 9,80665N equivalente

a 1Kg/m para el peso que el prototipo soporta.

La dirección está diseñada con la filosofía de una dirección de eje rígido que

consiste en una barra rígida que une una rueda de un lado con otra rueda del otro

lado. Los ejes rígidos son utilizados trenes y en los ejes traseros de camiones y

vehículos todo terreno. El eje rígido puede no transmitir el movimiento de rotación,

siendo posible así el uso de un mecanismo diferencial que permita que la rueda de

un lado gire a una velocidad diferente a la del otro lado, lo cual es necesario en las

curvas para disminuir el deslizamiento; el eje rígido se diseñó y se construyó de

acuerdo al tamaño del prototipo. En la figura 8 se muestra la dirección del

prototipo

Figura 9. Dirección

Page 43: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

43

5.1.3 Ensamble de la transmisión. Para crear correlación del sistema

electromecánico de prototipo se trabaja con un sistema de transmisión acoplando

un motor reductor el cual permite vencer el momento de inercia cuando este

empiece a desplazarse y además se requiere que tenga movimientos

sincronizados de acuerdo a la aplicación que se ha implementado. Por otro lado

es necesario utilizar un sistema de transmisión para convertir movimiento circular

en lineal, que cumpla con las especificaciones técnicas de los sistemas de

transmisión, como tener un tamaño y peso reducido evitando la presencia de

juego mecánico y holguras entre sus componentes mecánicas para de esta forma

incrementar su rendimiento y que sea capaz de soportar un funcionamiento

continuo a un par elevado. El sistema es un diferencial de potencia que distribuye

la potencia del motor reductor; cada eje de tracción está formado por planetarios y

corona los cuales permiten que cuando al prototipo se le dé la orden de girar hacia

la derecha o hacia la izquierda la rueda que queda en la parte interna del giro se

desplaza con menos aceleración que la rueda que se encuentra en la parte

externa del giro, de esta manera se evita la utilización de un puente H para

Page 44: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

44

eliminar defectos en el sincronismo de las ruedas en el momento de realizar

cualquier giro.

En la tabla 1, se muestran los diferentes sistemas de transmisión para los robots

Tabla 1. Sistemas de transmisión para los robots

En la figura 10 se aprecia la transmisión del prototipo

Figura 10. Transmisión

Page 45: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

45

5.1.4 Chasis. Una vez que se ha construido la plataforma, la dirección y la

tracción, se procede a construir el chasis, al cual se le acoplarán cada una de las

anteriores partes. En la figura 11 se aprecia el chasis con las partes montadas.

Figura 11. Chasis

Page 46: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

46

5.1.5 Tipo de ruedas. Actualmente los montacargas utilizan ruedas macizas,

esto para soportar las cargas, en el prototipo se instalaron 4 ruedas de un radio de

42.5mm, se escogieron ruedas para patines en línea, debido a las dimensiones y

peso del prototipo; el material de las ruedas es de goma ya que se requiere

demasiada adherencia a la pista, las ruedas delanteras están acopladas por medio

del sistema de dirección de eje rígido, las ruedas traseras están acopladas al

prototipo por medio del sistema de transmisión diferencial.

Page 47: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

47

Figura 12. Rueda

Page 48: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

48

5.2 DISEÑO ELECTRÓNICO

En cuanto a los dispositivos electrónicos, estos se seleccionaron teniendo en

cuenta las características que más se ajustaron a los requerimientos del prototipo,

se encuentran los siguientes:

5.2.1 Sensor CNY70. Para elegir este sensor se tuvo en cuenta, principalmente

su fácil adquisición y su versatilidad, que lo hacen el ideal para la función que va a

desempeñar. El prototipo de montacargas utiliza varios motores y sensores

ópticos CNY70.

Figura 13. Sensor CNY70

Fuente: http://www.sigmaelectronica.net/images/imagecache/CNY70.jpg

A continuación se muestra una tabla en la cual se hace un comparativo entre el

sensor CNY70 y el sensor QRD1114

Tabla 2. Comparación CNY70 vs QRD1114

PARAMETRO CNY70 QRD1114 OPB606A

Corriente Directa 50mA 50mA 50mA

Tensión Inversa 5V 5V 2V

Disipación de Potencia 100mW 100Mw 75mW

Costo 1600 2500 2800

Longitud de Onda 950nm 940nm 935nm

Alcance 0,5cm a

1cm 0,5cm 0.05 a

1.27mm

Page 49: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

49

El prototipo del montacargas posee 12 sensores ópticos CNY70, cada uno

ubicado estratégicamente como se muestra en la figura 14. Su función principal

es verificar que el color negro esté presente en la superficie y seguirlo para

ubicarse en la pista monocromática. Se dispone a diseñar el transductor del

sensor por medio de un amplificador operacional en modo comparador el cual se

pone en estado alto al detectar color blanco y en estado bajo al detectar el color

negro, para que la tensión esté en un rango aceptable se adiciona el comparador

el CD40106 (comparador trigger) para poner en lógica TTL y así invertir la señal.

En este caso el color blanco estará en 0 y el color negro en 1, estas salidas entran

al microcrontrolador y son ajustables de acuerdo a la distancia que hay del sensor

a la superficie de desplazamiento.

Figura 14. Ubicación de sensores CNY70

Page 50: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

50

Los dos primeros sensores CNY70 están ubicados en la parte delantera izquierda;

las señales pasan a través del negador Schmitt Trigger CD40106BC que corrige la

forma y salida de la señal, la anterior señal es adquirida a por los pines RB6 y RB7

del puerto B del microcontrolador PIC18F4550.

Figura 15. Primer par de sensores CNY70

Page 51: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

51

La segunda pareja de sensores CNY70 están ubicados en el centro de la parte

delantera; las señales pasan por el negador Schmitt Trigger CD40106BC y la

salida del mismo es adquirida a través de los pines RB4 y RB5 del puerto B del

microcontrolador PIC18F4550.

Figura 16. Segundo par de sensores CNY70

La tercera pareja de sensores CNY70 están ubicados en la parte delantera

derecha; las señales pasan a través del negador Schmitt Trigger CD40106BC y la

salida generada por el negador es enviada por medio de los pines RB2 y RB3 del

puerto B del microcontrolador PIC18F4550.

Page 52: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

52

Figura 17. Tercer par de sensores CNY70

La cuarta pareja de sensores CNY70 se encuentra ubicada en la parte posterior

izquierda; las señales pasan a través del negador Schmitt Trigger CD40106BC y la

salida es adquirida por los pines RB0 y RB1 del puerto B del microcontrolador

PIC18F4550.

Figura 18. Cuarto par de sensores CNY70

La quinta pareja de sensores CNY70 está ubicada en el centro de la parte

posterior; las señales pasan por un negador Schmitt Trigger CD40106BC y la

salida es adquirida por los pines RD6 y RD7 del puerto D del microcontrolador

PIC18F4550.

Page 53: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

53

Figura 19. Quinto par de sensores CNY70

La sexta pareja de sensores CNY70 se encuentra ubicada en la parte posterior

derecha; las señales pasan a través del negador Schmitt Trigger CD40106BC y la

salida es enviada por los pines RD3 y RD4 del puerto D del microcontrolador

PIC18F4550.

Figura 20. Sexto par de sensores CNY70

Page 54: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

54

Figura 21. Esquema Electrónico CNY70

En la anterior figura se aprecia que el operacional LM358N esta configurado como

comparador entre el terminal 3 con terminal 2; potenciómetro RV1determina la

distancia y por ende la estabilidad del sistema. El CD40106 es utilizado para

Page 55: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

55

compensar las deficiencias de voltaje cuando este por debajo del normal, es decir

lo normaliza, cuando se tiene 4V se da 1, cuando tiene 2.5V da cero.

Figura 22. Esquema Electrónico tarjeta de dirección

Page 56: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

56

5.2.2 Finales de carrera. Los finales de carrera son pulsadores ilustrados en la

figura 23, que tienen como función, verificar el estado final de desplazamiento

vertical de la plataforma y de la barra de dirección.

Figura 23. Finales de carrera

La señal del primer pulsador ubicado en la parte superior de la plataforma, según

la figura 24 pasa a través del negador Schmitt Trigger CD40106BC que corrige la

forma de la señal y genera una salida, que es adquirida por el pin RD2 del puerto

D del microcontrolador PIC18F4550.

Page 57: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

57

Figura 24. Final de carrera superior.

La señal del segundo pulsador ubicado en la parte inferior de la plataforma según

la figura 25 pasa a través del negador Schmitt Trigger CD40106BC que corrige la

forma de la señal y su salida, dicha salida es adquirida a través del pin RD1 del

puerto D del microcontrolador PIC18F4550.

Page 58: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

58

Figura 25. Final de carrera inferior.

La señal del tercer pulsador ubicado en el frente de la plataforma según la figura

26 pasa por el negador Schmitt Trigger CD40106BC que corrige la forma de la

señal y su salida, a su vez la señal es adquirida a por el pin RD3 del puerto D del

microcontrolador PIC18F4550. Su función es reportar al microcontrolador la

presencia de carga en la plataforma.

Page 59: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

59

Figura 26. Final de carrera del testigo de carga.

La señal del cuarto pulsador que controla el tope máximo de giro ubicado en el

lado izquierdo de la barra de dirección, pasa a por el negador Schmitt Trigger

CD40106BC el cual corrige la forma de la señal y su salida, para enviarla a través

del pin RA2 del puerto A del microcontrolador PIC18F4550.

La señal del quinto pulsador que controla el tope máximo de giro ubicado en el

lado derecho de la barra de dirección, pasa a través del negador Schmitt Trigger

CD40106BC para corregir la forma de la señal y su salida, así mismo, es adquirida

a por el pin RA3 del puerto A del microcontrolador PIC18F4550.

Page 60: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

60

5.2.3 Sensores de distancia. El GP2D150A permite medir una distancia de 0 a

30cm a partir de la emisión de un haz de luz incidente que es reflejada y percibida,

esto genera un cambio de tensión de acuerdo a la distancia.

Figura 27. Sensor GP2D150A

Fuente: http://conrad.su/images/185336.jpg

El objetivo de este sensor en el prototipo, es verificar un obstáculo a partir del

valor de una conversión A/D. Este valor es comparado con el registro ADRESL

del conversor análogo-digital del microcontrolador PIC18F4550; si este valor no

está dentro del rango especificado, el prototipo tiende a detenerse.

El primer sensor se encuentra ubicado en la parte frontal de acuerdo a la figura 28.

La entrada de la señal está ubicada en el pin RA0 del puerto A del

microcontrolador PIC18F4550.

Page 61: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

61

Figura 28. Sensor de distancia frontal

El segundo sensor se encuentra ubicado en la parte posterior de acuerdo a la

figura 29. La entrada de la señal está ubicada en el pin RA1 del puerto A del

microcontrolador PIC18F4550.

Figura 29. Sensor de distancia posterior

Page 62: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

62

5.2.4 Motorreductores en el prototipo

Para el prototipo se escogió el motorreductor de 12V y 60 rpm, por las

características técnicas ya que es muy favorable para soportar el peso del chasis y

además la carga que recoja el elevador.

Los otros motores son muy rápidos y a la vez son los apropiados para el caso de

competencias de robótica en velocidad.

Motor de tracción. El motorreductor según la figura 30, se encuentra

ubicado en la parte posterior y su función principal es entregar el movimiento

necesario al diferencial de potencia que a su vez distribuye uniformemente el

movimiento necesario en cada una de las ruedas en situaciones de giro.

Page 63: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

63

Figura 30. Motor de tracción

El motor de tracción es controlado por el L298 que es un puente dual de potencia

que entrega el control de giro y la potencia necesaria al motorreductor. El puente

dual de potencia es controlado por los pines RC1 y RC2 del puerto C del

microcontrolador PIC18F4550.

Los puertos nombrados con anterioridad son controlados por los módulos CCP1 y

CCP2 del microcontrolador, que son los encargados de la modulación por ancho

de pulso (PWM) y su función principal es mantener el ancho de pulso necesario

para el control de la velocidad del motor de tracción.

Page 64: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

64

Diferencial de potencia. El diferencial de potencia según la figura 31, está

conformado por cuatro piñones cónicos, los cuales entregan y distribuyen el giro

necesario en el momento que el montacargas realiza una curva.

Figura 31. Diferencial de potencia

Page 65: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

65

Motor de dirección. Según la figura 32, el motor de dirección se encuentra

ubicado en el centro del eje de dirección de las ruedas delanteras. Su función

principal es proporcionar un ángulo de giro a las ruedas para su avance en

cualquier dirección. También es controlado por el puente dual de potencia L298

que es controlado por los pines RA4 y RA5 del puerto A del microcontrolador

PIC18F4550.

Figura 32. Motor de dirección

Page 66: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

66

Motor de plataforma. Según la figura 33, el motor de plataforma se

encuentra ubicado en la parte superior trasera de la plataforma. El movimiento se

realiza a partir de un piñón helicoidal el cual mediante el giro que realiza, sube o

baja la plataforma; es controlado por el puente dual de potencia L298 y que es

controlado por los pines RC4 y RC5 del puerto C del microcontrolador

PIC18F4550.

Figura 33. Motor de plataforma

Page 67: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

67

El diseño electrónico del control de los motores, se puede observar en la figura 34.

Figura 34. Esquema Elecrónico: Motores

Page 68: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

68

En la figura anterior los pines RC1 y RC2 del microcontrolador PIC18f4450

controlan al motor de tracción. Los pines 1 y 2 de los L296 controlan los puentes h,

el pin Vs se utiliza para comparar el voltaje; los pines de ENA ENB habilitan o

deshabilitan los puentes h; los pines de SENSA y SENSB determinar el paso de

corriente del motor, los pines IN3 y IN4 son para controlar los motores y por último

los condensadores 100nf se utilizan para filtrar el ruido que generan los motores.

5.2.5 Comunicación. El prototipo será controlado desde un computador, para lo

cual se acondiciona un circuito con el MAX232 para comunicación RS232 vía

alámbrica y un puerto para comunicación inalámbrica. Para la comunicación

inalámbrica se trabajó con el modulador XB24-Z7CIT-004 que cumple con el

estándar IEEE 802.15.4 que es de baja potencia y bajo costo. Tiene un alcance

aproximado de 40 metros en interiores y de 120 metros en exteriores con línea de

vista. La potencia de transmisión es de 1.25mW (+1dBm) y la sensitividad del

receptor es de -96dBm. Tiene un conversor análogo digital incluido. Funciona a

2.4 Ghz con una rata máxima de 250Kbps. El módulo trae la antena tipo chip

incorporada.

Figura 35. Modulador XB24-Z7CIT-004

Page 69: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

69

5.2.6 Pista. La pista consiste de una cuadricula de m*n cuadros, cada cuadro

tiene una longitud de 155 cm; así mismo cada cuadrado posee un semicírculo

interno que será utilizado para guiar al montacargas cuando se disponga a realizar

una curva.

Figura 36. Pista

Page 70: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

70

Page 71: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

71

5.3 DISEÑO DE SOFTWARE

Para el diseño del software se utilizó el programa “PIC C18 Lite Versión para

estudiantes” que funciona bajo lenguaje “C para microcontroladores”. Consiste en

el vector de origen (Corigen) el cual indica la posición actual del montacargas, el

vector de destino (Cdestino) que indica la coordenada de entrega o recepción de

carga, también está la coordenada de desplazamiento (Cdesp) que indica la resta

entre la coordenada de destino y la coordenada de origen y representa el

desplazamiento neto del montacargas.

Para controlar la posición del montacargas en la superficie, se dedicaron 2

vectores, uno para el plano general (Cgeneral) que indica las coordenadas del

plano cartesiano, la primera variable indica el eje Y que es el valor 1 en esta

variable, la segunda variable Cgeneral indica el eje X del plano general y se

almacena el valor 2, la tercera variable comprende el eje –Y, y se almacena el

valor 3 y la última variable comprende el eje –X y se almacena el valor 4. El plano

de posicionamiento para el robot es aleatorio y cambia con relación al movimiento

del montacargas para esto está dedicado el vector de posicionamiento del robot

(Crobot) que indica el plano del robot. Este vector consiste en 4 variables; la

primera variable se refiere al frente del robot e indica el eje Y, la segunda variable

indica el lado derecho del robot e indica el eje X, la tercera variable indica la parte

posterior del robot e indica el eje –Y y la última variable indica la parte izquierda

del robot y equivale al eje –X.

La variable entera w indica la cantidad de caras de semicírculos que debe contar

el robot para llegar a su destino que es la sumatoria de la componente X y Y del

vector de desplazamiento.

Page 72: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

72

5.3.1 Rutinas

Rutina 1. La figura 37, indica el estado de coordinación y posición del

montacargas el cual ejecuta una comparación de las componentes X y Y del

vector de desplazamiento (Cdespl) y el vector del plano general (Cgeneral) que

provee información necesaria para el desplazamiento del montacargas

almacenado en el vector dedicado al posicionamiento del robot (Crobot)

El vector (status_R) está dedicado a la indicación de movimientos a ejecutar

según el vector (Crobot), la sumatoria de las variables X y Y de este vector indica

la tarea a seguir de la Rutina2 y así sucesivamente.

Page 73: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

73

Figura 37. Rutina 1

0]1[ Cdezp

0]2[ Cdezp

Page 74: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

74

Figura 38. Rutina 2

Rutina 2 (Primera parte actualizada)

Figura 39. Rutina de control 1

nCGeneral ]1[ nCGeneral ]2[ nCGeneral ]3[

Page 75: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

75

Figura 40. Rutina de control 2

nCGeneral ]1[ nCGeneral ]2[ nCGeneral ]3[

Figura 41. Rutina avance adelante

Page 76: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

76

Figura 42. Rutina avance en reversa

Page 77: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

77

Figura 43. Rutina 2

Page 78: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

78

Page 79: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

79

Page 80: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

80

Page 81: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

81

Figura 44. Rutina sistema de elevación

Page 82: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

82

Figura 45. Contador derecho

Page 83: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

83

Figura 46. Contador izquierdo

Page 84: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

84

Figura 47. Sensor A

Page 85: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

85

Figura 48. Sensor B

Page 86: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

86

Figura 49. Sensor C

Page 87: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

87

Figura 50. Sensor D

Page 88: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

88

Figura 51. Sensor E

Page 89: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

89

Figura 52. Sensor F

Page 90: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

90

A continuación se muestran ejemplos del movimiento de los motores y cómo

influye este en el desplazamiento del prototipo.

Ejemplo 1:

C. Origen=(-2,2) C. Destino=(0,3)

1. (0,3)-(-2,2)=(2,1) C. Desplazamiento

Al

frente Derecha

Robot Y X -Y -X Y X -Y -X

General 1 2 -Y -X 1 2 3 4

2. W=|1|+|2|-1 Al frente w1

W=2

Al

frente Derecha

Robot Y X -Y -X Y X -Y -X

General X -Y -X Y 2 3 4 1

Ejemplo 2:

C. Origen=(0,3) C. Destino=(-2,2)

1. (-2,2)-(0,3)=(-2,-1) C. Desplazamiento

Derecha Reversa

Robot Y X -Y -X Y X -Y -X

General X -1 -2 Y 2 3 4 1

2. W=|-2|+|-1| En reversa w2

W=3

Page 91: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

91

Derecha Reversa

Robot Y X -Y -X Y X -Y -X

General Y X -Y -X 1 2 3 4

Hay 4 opciones

Adelante positivo

Adelante negativo

Atrás positivo

Atrás negativo

Robot Y X -Y -X

General Y X -Y -X

Robot Y X -Y -X

General -X Y X -Y

Robot Y X -Y -X

General -Y -X Y X

Robot Y X -Y -X

General X -Y -X Y

Page 92: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

92

Figura 53. Motor de dirección

Los tres motores que utiliza el prototipo tienen asignados pines y puertos de

acuerdo a las siguientes tablas:

Tabla 3. Motor Dirección

1 2

RD0 RD1

0 1

1 0

Tabla 4. Motor Tracción

Rojo Negro

RC1 RC2

0 1 Adelante

1 0 Atrás

Derecha Adelante Izquierda

2

1

1

1

Page 93: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

93

Tabla 5. Motor Sistema de elevación

1 2

RD2 RD3

0 1

1 0

La distribución de pines del PIC 18F4550 se aprecia en la siguiente tabla

Tabla 6. Distribución de pines PIC 18F4550 PARTE PINES # PIN

Motor de tracción 2 RC2 y RC1 17 y 16

Motor de dirección 2 RD0 y RD1 19 y 20

Motor de plataforma 2 RD2 y RD3 21 y 22

Sensor G 1 RB0 33

Sensor H 1 RA2 4

Sensor I 1 RA3 5

Pin TX USART 1 RC6 25

Pin RX USART 1 RC7 26

Sensor Prox A 1 AN0 - RA0 2

Sensor Prox B 1 AN1 - RA1 3

Sensor A 2 RB7 y RB6 40 y 39

Sensor B 2 RB5 y RB4 38 y 37

Sensor C 2 RB2 y RB1 35 y 34

Sensor D 2 RD7 y RD6 30 y 29

Sensor E 2 RC4 y RC5 24 y 23

Sensor F 2 RD5 y RD4 28 27

1

1

2

1

Page 94: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

94

5.4 CÁLCULOS MATEMÁTICOS

5.4.4 Reguladores de tarjeta de control y potencia

Figura 54. Regulador

Page 95: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

95

5.4.2 Regulador de módulo RF

Page 96: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

96

5.4.3 CNY70

Figura 55. Mallas en el CNY70

Figura 56. Malla led

Page 97: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

97

Figura 57. Malla fototransistor

Cuando está con el medio reflectivo

Page 98: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

98

Cuando está sin el medio reflectivo

Page 99: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

99

6. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

6.1 PRUEBAS

6.1.1 Motores. Las primeras pruebas realizadas al prototipo consistieron en

verificar el correcto funcionamiento de los motores de la plataforma, tracción y

dirección, las cuales fueron satisfactorias.

Después de verificar el correcto funcionamiento de los motores, se procedió a

realizar la medición del consumo de cada uno. Los resultados se observan en la

siguiente tabla.

Tabla 7. Consumo Motores

Motor Corriente

Plataforma sin carga 0.9mA a 1mA

Plataforma con 500gr de carga 3mA a 3.7mA

Tracción 1.8mA

Dirección 0.9mA a 1mA

6.1.2 Comunicación. En la comunicación alámbrica se realizan pruebas de

acuerdo a la programación de microcontrolador por medio del programa

Hyperterminal con la siguiente configuración, obteniendo resultados satisfactorios.

Tabla 8. Configuración Hyperterminal

Dato Valor

Bits por segundo 9600

Bits de datos 8

Bits de paridad Ninguno

Page 100: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

100

Bits de parada 1

Control de flujo Ninguno

Después se realizan las pruebas inalámbricas con el modulador TLP 434A para

transmisión y RLP 434A para recepción, dichos moduladores no cumplieron con

las expectativas ya que para su aplicación se requiere de una portadora de muy

alta frecuencia y por ende a 9600bps se presenta mucho ruido en la señal,

además se requiere instalar 1 Tx y 1 Rx en el computador al igual que en el

montacargas lo que implica incremento de la frecuencia del Rx con el fin de no

crear conflictos de comunicación que afecten el buen funcionamiento de la

máquina.

Se procede a realizar pruebas con un modulador bluetooth (RN 41) pero no se

utilizó ya que el modulador trae una librería de programación en lenguaje

assembler de Motorola almacenado en el microcontrolador que sirve para entablar

la comunicación con el modulador y en el presente proyecto se está trabajando

con PIC lo que hace dispendioso cambiar la librería a PICC 18 o assembler de

PIC.

Después se realizan pruebas con el modulador XB24-Z7CIT-004, en un recinto

cerrado, con una distancia entre el Transmisor y Receptor de aproximadamente 10

metros; esta prueba fue satisfactoria ya que no implicó cambios en el software del

microcontrolador y la programación del modulador del PC y del montacargas no

fue tan compleja. Para dicha prueba se realizó el acople de polaridad a la tarjeta

de potencia del montacargas a 3.3V, se utilizó el software X-CTU para

reprogramar el modulador de acuerdo a las indicaciones suministradas en el

datasheet, la prueba consistió en enviar una cadena de caracteres al montacargas

desde el computador y esperar una respuesta, la cual fue positiva. En la siguiente

figura se ven las opciones de configuración del software X-CTU

Page 101: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

101

Figura 58. Software X-CTU

6.1.3 Sensores y motores. Para realizar la prueba del correcto funcionamiento de

los sensores CNY70, inicialmente se calibraban tomando la medición de las

variaciones con un multímetro lo cual era muy tedioso, debido a lo anterior se

construyó una tarjeta electrónica con unos leds que indicaban el estado; si los

sensores CNY70 detectaban color blanco, los leds se encendían, si detectaban

color negro, los leds se apagaban, pero el puerto D del microcontrolador no

detectaba los cambios porque la mayor parte de la corriente era consumida por los

leds y los pines del microcontrolador no recibían la suficiente corriente para

realizar la detección, finalmente para realizar estas pruebas se creó un módulo de

test general en el software con el cual se comprobó el correcto funcionamiento de:

pulsadores de presencia carga, puntos muertos de la plataforma, testigos de

plataforma, estado sensor de distancia, tipo de caracter ascii por medio de

Page 102: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

102

conversión análoga digital, tipo de señal de los sensores CNY70 blanco o negro,

activación de cada uno de los motorreductores y pulsadores de la tarjeta dirección.

Después de calibrar los sensores CNY70, se realizó una prueba de detección de

color con una superficie blanca con un pwm del 100% en línea recta, pero la

tracción se salió de control por la inercia del montacargas, debido a que el bloque

B y E buscan el borde derecho de la línea blanca y la dirección le hacia falta

alineación el tiempo de respuesta del motor es limitado, se montaron resortes en

la dirección para crear la alineación, se probo y ejercía mejor control, pero aun así

se salía de la pista, se decide colocar en los sitios críticos, es decir en las curvas.

Se coloco un nivel de pwm 49.01% y en línea recta un pwm 52.94%.

Los sensores están dispuestos en seis bloques:

Bloque A para curvas hacia la izquierda.

Bloque B para línea recta.

Bloque C para curvas hacia la derecha.

Bloque D curvas hacia la izquierda y en reversa.

Bloque E reversa en línea recta.

Bloque F reversa hacia la derecha.

6.1.4 Pista. Inicialmente se construye pista en cartulina blanca con líneas negras,

pero por disposición de circuitería y software se cambió a cartulina negra y líneas

blancas, sin embargo se puede trabajar en ambas condiciones realizando las

respectivas modificaciones de software. Las medidas iníciales de cada cuadrante

de la pista fueron: 56cm de lado, curva de 9cm de radio y cada línea con un grosor

de 2cm como se aprecia en la siguiente figura.

Page 103: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

103

Figura 59. Modelo inicial de la pista

Se procedió a realizar la prueba de desplazamiento del montacargas sobre la

pista, pero este modelo no funcionó ya que el diámetro de las curvas era muy

reducido y la dirección se inclinaba demasiado y el eje llegaba hasta el final de

carrera, por lo tanto no podía girar.

Para corregir lo anterior, se procedió a verificar el ángulo de inclinación de las

ruedas y se determinó que el radio adecuado de las curvas sería de 60cm, el

grosor de cada línea de 1cm, adicionalmente se creó un contador en el software

para realizar el conteo de los cuadros y así poder ubicarse en la pista, después se

realizaron pruebas de desplazamiento en línea recta y en curva con el comando

AE0202 con el cual se desplazó 2 cuadros en X y 2 cuadros en Y.

Cabe aclarar que las curvas no quedaron bien definidas como se aprecia en la

siguiente figura:

Page 104: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

104

Figura 60. Segundo modelo de Pista

Debido a que las curvas no quedaron bien definidas, se realizó una modificación

de estas cambiando por una línea que no fuese totalmente recta de esta manera

el montacargas no tiene que realizar giros con ángulos tan cerrados lo que

ocasiona errores en los sensores ópticos y por ende en el movimiento del

montacargas.

Figura 61. Modelo final de Pista

Page 105: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

105

6.1.5 Eficiencia de las baterías. Se realiza pruebas de eficiencia de las baterías

en función del tiempo para medir la efectividad durante del funcionamiento del

montacargas pero con un lapso de 30 minutos de prueba presentan un desgaste

excesivo como consecuencia de esta se presentan problemas en los sensores

ópticos, funcionamiento de los motores y es aun mas caótico el problema en el

sistema de comunicación inalámbrica. Por ese motivo se procede a reemplazarlas

por un par de baterías nuevas de referencia VISION CP1212 las cuales ofrecen

12 VDC 1.2A /h. Con la adquisición de este par de baterías se nota una mejoría

importante con respecto a las fallas mencionadas anteriormente ( ver figura 62 ).

6.1.6 Modelo final del montacargas

Figura 62. Montacargas final

Page 106: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

106

Page 107: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

107

7. CONCLUSIONES

El sistema de comunicación inalámbrica permite realizar operaciones desde

una estación centralizada en donde se asignan órdenes de carga y

descarga de mercancías de una manera eficiente, eficaz y segura.

El sistema de caja de tracción por medio de un diferencial de potencia

permite eliminar el uso de un motor como se utiliza en otros robots en el

momento de realizar curvas, lo que conlleva a consumir menos energía

proveniente de las baterías.

El movimiento de mercancías en las bodegas presenta un alto índice de

accidentalidad, afectando a las personas que transitan en las cercanias,

porque los operarios de los montacargas realizan maniobras sin ningún

control de velocidad.

Si se hubiese utilizado un servomotor en lugar del motorreductor de

dirección, se habría obtenido mejor control en el ángulo de inclinación de

las ruedas y el montacargas ya que tendría más velocidad y control de la

dirección.

Page 108: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

108

8. RECOMENDACIONES

Para tener un control más robusto de la posición y velocidad de los

montacargas industriales se puede implementar la adición de un sistema de

posicionamiento global GPS.

Se utiliza el sensor óptico CNY70 el cual cumple con las especificaciones

técnicas requeridas por el equipo y además por su bajo costo, pero en

algunas aplicaciones se requiere más alcance que el suministrado por el

sensor actual, motivo por el cual se puede implementar un sistema de

iluminación cerca al sensor para evitar el funcionamiento erróneo.

El sistema electrónico tiene demasiadas ventajas en cuanto a la reducción

del consumo de combustible, además con la implementación adecuada de

una estación de carga de baterías se puede contar con disponibilidad

permanente de los equipos.

Si bien es cierto que para el presente proyecto se ha utilizado una pista

monocromática, se puede diseñar una aplicación con pistas que emitan

señales para la ubicación en el plano a medida que se desplaza el

montacargas.

Page 109: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

109

BIBLIOGRAFÍA

BARRIENTOS, Antonio, Fundamentos de Robótica 2da edición, Mc Graw Hill,

Madrid 1996.

ENRIQUEZ HARPER, G. El ABC de la Instrumentación en el Control de

procesos Industriales, Limusa Noriega Editores, Balderas 95 México D.F

2004.

PALACIOS, Enrique y otros, Microcontrolador PIC16f84 Desarrollo de

proyectos, Grupo Editor Alfaomega, Primera edicion, Mexico Agosto 2004.

TERRY, Godfrey. Lenguaje ensamblador para microcomputadoras IBM,

Mexico, PerticeHall, 1991.

USCATEGUI, José Maria, Microcontroladores Pic, Diseño Practico de

Aplicaciones 2da edicion, México 2003.

C: Manual de referencia segunda edición, Ebert Shildt, España.

ECG.

Manual de almacenamiento, transporte y distribución BAVARIA SAB MILLER

PLC.

Page 110: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

110

GLOSARIO

MONTACARGAS:

Un montacargas es un vehículo de uso rudo e industrial, el cual se utiliza en

almacenes y tiendas de autoservicio para transportar tarimas con mercancías y

acomodarlas en racks. Aguanta cargas pesadas, que ningún grupo de personas

podría soportar por sí misma, y ahorra horas de trabajo pues se traslada un peso

considerable de una sola vez en lugar de ir dividiendo el contenido de las tarimas

por partes o secciones. Su uso requiere una cierta capacitación y los gobiernos de

distintos países exigen a los negocios que sus empleados tramiten licencias

especiales para su manejo.

Los montacargas son técnicamente vehículos pesados de metal o de acero, que

están elaborados con una plataforma que se desliza por una guía lateral o vertical

rígida o bien por dos guías rígidas paralelas, ambas unidas a la estructura. Se

utilizan para subir o bajar materiales pesados principalmente en almacenes.

ESTIBA O PLATAFORMA:

Estructura de madera utilizada para soportar las mercancías que transportan los

montacargas, están diseñadas para que estos vehículos de transporte la puedan

maniobrar fácilmente, pueden ser fabricadas con materiales como madera,

sintéticas, aglomerado entre otros dependiendo la aplicación de la industria.

BODEGA DE ALMACENAMIENTO:

Bodega de edificio o almacén, espacio destinado al almacenamiento de distintos

bienes. Se encuentran generalmente en industrias, puertos y aeropuertos.

Page 111: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

111

En las bodegas de almacenamiento se deben tener en cuenta los siguientes

aspectos:

Buena ventilación, limpieza e iluminación.

Correcto almacenamiento en estibas apropiadas, de acuerdo al producto o

al proceso con separación de las paredes y el piso.

Identificación de los productos almacenados indicando procedencia, vida

útil y parámetros claves de calidad.

Rotación del producto (Primero en entrar primero en salir).

Buen estado de los autoelevadores o montacargas estos deben encontrarse

en excelentes condiciones de aseo y mantenimiento

IEEE 802.15.4:

Es un estándar que define el nivel físico y el control de acceso al medio de redes

inalámbricas de área personal (WPAN) con tasas bajas de transmisión de datos, la

arquitectura se basa en el modelo OSI y trabaja en 3 posibles bandas de

frecuencia:

868 – 868.8 MHz, utilizado en Europa

902 – 928 MHz, utilizado en Estados Unidos

2400 – 2483.5 MHz, utilizado a nivel mundial.

Este estándar utiliza el protocolo de control CSMA/CA (Acceso múltiple por

detección de portadora con evasión de colisiones), este protocolo es de bajo nivel

y permite que múltiples estaciones utilicen un mismo medio de transmisión.

Page 112: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

112

ANEXOS

DISEÑO CIRCUITOS IMPRESOS

Para diseñar los circuitos impresos o PCB de la tarjeta de dirección, inicialmente

se utilizó el software Eagle, pero debido a la complejidad del software no se

pudieron realizar las pistas de una manera adecuada puesto que quedaban muy

delgadas.

Figura 63. Circuitos impresos con Eagle

Debido a lo anterior se decidió utilizar el software Proteus en su módulo Ares con

el cuál se pudieron cuadrar las pistas y ubicación de los integrados de manera

adecuada, obteniendo los siguientes diagramas.

Diseño de impresos con Proteus

Page 113: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

113

Figura 64. Tarjeta de dirección en Proteus: Parte inferior

Figura 65. Tarjeta de dirección en Proteus: Parte superior

Figura 66. Tarjeta de dirección en Proteus: Perforaciones

Page 114: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

114

Figura 67. Tarjeta de dirección en Proteus: Solder resist

Figura 68. Tarjeta de dirección en Proteus: Silk

Page 115: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

115

Figura 69. Tarjeta de control en Proteus: Parte superior

Figura 70. Tarjeta de control en Proteus: Parte inferior

Page 116: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

116

Figura 71. Tarjeta de control en Proteus: Perforaciones

Figura 72. Tarjeta de control en Proteus: Solder resist

Page 117: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

117

Figura 73. Tarjeta de control en Proteus: Silk

Page 118: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

118

Figura 74. Diseño tarjeta de control en Proteus

Page 119: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

119

Figura 75. Tarjeta de potencia en Proteus: Parte superior

Figura 76. Tarjeta de potencia en Proteus: Parte inferior

Page 120: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

120

Figura 77. Tarjeta de potencia en Proteus: Perforaciones

Figura 78. Tarjeta de potencia en Proteus: Solder resist

Page 121: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

121

Figura 79. Diseño tarjeta de potencia en Proteus

Page 122: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

122

Figura 80. Circuito impreso de tarjeta de control: Parte superior sin componentes

Figura 81. Circuito impreso de tarjeta de control: Parte superior con componentes

Page 123: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

123

Figura 82. Circuito impreso de tarjeta de control: Parte inferior sin componentes

Figura 83. Circuito impreso de tarjeta de potencia: Parte superior sin

componentes

Page 124: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

124

Figura 84. Circuito impreso de tarjeta de potencia: Parte superior con

componentes

Page 125: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

125

Figura 85. Circuito impreso de tarjeta de potencia: Parte inferior sin componentes

Page 126: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

126

PLANOS ACOTADOS DEL MONTACARGAS

Figura 86. Imagen general del montacargas

Page 127: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

127

Figura 87. Montacargas visto desde diferentes ángulos

Figura 88. Plano de la barra de dirección

Page 128: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

128

Figura 89. Plano del chasis

Page 129: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

129

Figura 90. Plano de bujes

Page 130: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

130

Figura 91. Plano de las ruedas

Page 131: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

131

Figura 92. Plano de la carcasa protectora del diferencial de potencia

Page 132: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

132

Figura 93. Plano de las uñas

Page 133: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

133

MANUAL DE USO DEL MONTACARGAS

Si el montacargas se va a controlar por medio alámbrico se debe acceder al

programa Hyperterminal; si se va a controlar por medio inalámbrico se debe

acceder al programa X-CTU.

Estructura para acceder a la aplicación del montacargas:

La primera letra indica la dirección del montacargas; en este caso el montacargas

se direcciona con el carácter ASCII “A” y la cantidad de dispositivos a direccionar

los podemos relacionar con la tabla ASCII.

La segunda letra indica el tipo de orden que se quiera acceder al montacargas.

Hay tres tipos de instrucción:

T: indica que la orden realiza test de cada uno de los sensores y actuadores

del sistema por separado.

En la siguiente tabla se indica el comando a enviar y su respectiva descripción:

Tabla 9. Comandos

COMANDO DESCRIPCIÓN

AT0001 Test del 1er sensor del bloque A. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0002 Test del 2do sensor del bloque A. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0003 Test del 1er sensor del bloque B. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0004 Test del 2do sensor del bloque B. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

Page 134: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

134

AT0005 Test del 1er sensor del bloque C. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0006 Test del 2do sensor del bloque C. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0007 Test del 1er sensor del bloque D. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0008 Test del 2do sensor del bloque D. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0009 Test del 1er sensor del bloque E. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0010 Test del 2do sensor del bloque E. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0011 Test del 1er sensor del bloque F. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0012 Test del 2do sensor del bloque F. Indica el color al que está expuesto (blanco o negro).

AT0013 Test del testigo de carga.

AT0014 Test del final de carrera de la parte superior de la plataforma.

AT0015 Test del final de carrera de la parte inferior de la plataforma.

AT0016 Test del final de carrera de la parte derecha de la tarjeta del eje de dirección.

AT0017 Test del final de carrera de la parte izquierda de la tarjeta del eje de dirección.

AT0018 Test del sensor de distancia delantero. Entrega la lectura en caracteres ASCII.

AT0019 Test del sensor de distancia trasero. Entrega la lectura en caracteres ASCII.

AT0020 Test del motor de tracción. El comando indica que el motor estará en posición de reposo.

AT0021 Test del motor de tracción. El comando indica que el motor estará en movimiento hacia adelante.

AT0022 Test del motor de tracción. El comando indica que el motor estará en movimiento hacia atrás.

AT0023 Test del motor de dirección. El comando indica que el motor ejecutara el movimiento del eje de dirección en sentido derecho.

AT0024 Test del motor de dirección. El comando indica que el motor ejecutara el movimiento del eje de dirección en sentido izquierdo.

AT0025 Test del motor de plataforma. El comando indica que el motor subirá la plataforma.

AT0026 Test del motor de plataforma. El comando indica que el motor bajara la plataforma.

Page 135: Proyecto de grado para obtener el título de Ingeniero en

135

E: indica una escritura e interpreta la dirección de la pista a la cual el

montacargas se debe desplazar. Seguido de este comando se colocan las

coordenadas del eje “X” en dos cifras el cual está en el rango de 0 a 99 y

luego del eje “Y” que a su vez también está en el rango de 0 a 99.

Por ejemplo el comando “AE0203” estipula que si el montacargas se encuentra en

su origen se desplazará 2 posiciones hacia la derecha (eje x) y 3 posiciones hacia

el frente (eje y).

L: indica una lectura e interpreta la posición del montacargas en el plano de

la pista entregando coordenadas en “X” y “Y” respectivamente, los 4

caracteres faltantes pueden ser cualquier carácter alfanumérico el cual no

tendrá importancia.