Brazo Mecánico, (Mejorado)
Manejo Automatizado cuando se accionen alguna de las 4 teclas o mas de una, inclusive las 4 juntas.
Manejo Manual mediante el Joystick Analógico.
Manejo Via BlueTooch (Manual y Automatico.)
Manejo Manual con acelerometro.
Nuevo Proyecto, con muchas mejoras, para el mejor desempeño del mismo y con más utilidades.
El prototipo al igual que los anteriores fue diseñado y es totalmente de mi autoría, y fue creado solo para fines didácticos, aunque es totalmente funcional, pero con limitaciones.
No entraremos en tantos detalles, ya que en el proyecto anterior se detalló todo con muchos detalles, para el mejor entendimiento.
Pero si pondré mucho énfasis en las conexiones, ya que es muy fácil de confundir un cable y el proyecto termina sin funciona, frustrando el aprendizaje.
Iremos como de costumbre, lo primero es lo primero.
LA SEGURIDAD
Es imprescindible tener conciencia del riesgo que uno tiene al manipular la corriente eléctrica.
Puede salir lesionado, incluso la muerte.
Tome todas las medidas de seguridad necesarias antes de comenzar.
Si tiene dudas de alguna conexión o algún uso de herramientas, no continúe, instrúyase, infórmese, busque información fiable en internet o pregunte a quienes saben.
SEA PRUDENTE.
Componentes que usaremos.
Tensión desde la red de 220VCA a la fuente de 12VCC 4A.
Materiales:
• 1 Base de madera 20 x 40 (fibrofacil) de 5 mm.
• 1 Llave Térmica de 2 a 5 Amperes, o más, no importa, es solo para corte de energía.
• 1 Fuente de 220 VCA a 12 VCC 5A o más.
• 1 Riel din para la térmica.
• 1 Enchufe Macho de 3 patas.
• 1 Metro o más de cable de 3 polos tipo taller de 2,5 mm.
• 4 Tornillos para madera de menos de 1 cm.
• Los tornillos son 2 para el riel din y 2 para la fuente.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Sistema principal de energía. (ALTO VOLTAGE)
RIESGO ELECTRICO
El VIVO Y NEUTRO va el cable de 3 polos tipo taller de 2,5 mm al enchufe macho de 3 patas, que es el que enchufaremos para alimentar el proyecto.
La Fuente, más regulación de 5V con los Switch.
Materiales:
• 2 Llave inversora de perilla o tipo pulsador Switch.
• 5 Resistencia de 1K Ω.
• 1 Led Amarillo 5 mm.
• 2 Led Rojo 5 mm.
• 2 Led Verde 5 mm.
• 1 Regulador de voltaje C.I 7805.
• 2 Capacitores cerámicos de 100 nf 25V o más.
• 2 Capacitores electrolíticos de 2200 µf 25V o más.
• 7 Borneras para plaquetas.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Bornera de entrada de 12 Volts con aviso de energía con el led amarillo, y la misma Bornera mencionada de entrada de 12 Volts, hacia a los 2 Switch, a sus pines del centro.
El primer Switch, las salidas van así, del común cerrado al primer led rojo, avisando que no hay tención, y del común abierto al primer led verde, avisando que hay tensión y también el mismo común abierto a la Bornera de salida a los 12 Volts.
El segundo Switch, las salidas van así, del común cerrado al segundo led rojo, avisando que no hay tención, y del común abierto al segundo led verde, avisando que hay tensión y también el mismo común abierto al regulador de tensión 7805, obteniendo los 5 Volts, que irán a la Bornera de salida a los 12 Volts.
Usaremos para reducir riesgos de error por interferencias que puedan entrar por los cables, unos capacitores, estos mismos irán conectados lo más cerca posible del regulador de tensión 7805.
Del regulador de tensión 7805 a la bornera de salida de 5 Volts, poner el primer capacitor electrolítico de 1000uf y luego el primer capacitor cerámico de 100nf en paralelo a los cables de alimentación 0 Volts y 5 Volts, y del regulador de tensión 7805 a la bornera de la entrada de 12 Volts poner el segundo capacitor electrolítico de 1000uf y luego el segundo capacitor cerámico de 100nf en paralelo a los cables de alimentación 0 Volts y 12 Volts.
Las 4 Teclas del sistema de automatización.
Materiales:
• 4 Resistencias de 10K Ω.
• 4 Teclas de luz comunes.
• 4 Caja para las teclas.
• 1 Base de madera 40 x 40 (fibrofacil) de 5 mm.
• 8 Tornillos para madera de menos de 1 cm.
• Los tornillos son 2 para caja de las teclas.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Las borneras se distribuyen de esta manera:
2 para la alimentación, 0V y 5V.
4 para las señales de entrada al Arduino Mega2560.
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, 2, 3, 4 y 5.
Cuando alguna de las 4 teclas es accionada, envía un pulso LOW a el Arduino Mega 2560, y ejecutando la acción programada en automático.
Aviso de Velocidad.
Materiales:
• 1 Resistencias de 1K Ω.
• 1 Led Rojo de 5mm.
• 1 Led Naranja de 5mm.
• 1 Led Amarillo de 5mm.
• 1 Led Verde de 5mm.
• 1 Led Azul de 5mm.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Cuando accionamos R3, seleccionamos las 5 posibles velocidades, podemos visualizar con los distintos colores el estado actual.
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, 26, 28, 30, 32 y 34.
Acá usaremos una sola resistencia, ya que solo una velocidad estará en uso.
El JOYSTICK analógico con botón R3. Funcionalidad del circuito:
Materiales:
• 1 Joystick Analógico con Botón R3.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, A0, A1 y 24.
Con R3 accionamos las 5 posibles velocidades, además de poder usar las coordenadas X/Y para mover los motores.
X, mueve el motor de arriba, giro Horario y giro AntiHorario.
Y, mueve el motor de abajo, giro Horario y giro AntiHorario.
Siempre y cuando NO este activado el sistema BlueTooch, podrá usar el sistema manual con Joystick.
Sistema Visual de Posicionamiento de los Motores.
Materiales:
• 2 Resistencias de 1K Ω.
• 5 Leds Naranja.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, 27, 29, 31, 33 y 35.
Los leds dan el aviso visual de cual motor gira (Arriba o Abajo), y en qué sentido giran (Horario o AntiHorario).
Solo si están en pausa, los 2 motores se enciende el led central.
Con el Joystick X, enciende el led arriba o abajo, nunca ambos.
Con el Joystick Y, enciende el led izquierda o derecha, nunca ambos.
Pero si podrían encender 2 al mismo tiempo, (un X y un Y).
Posibles combinaciones:
(Arriba/Derecha), (Arriba/Izquierda), (Abajo/Derecha), (Abajo /Izquierda)
Si miran detenidamente el circuito, verán que nunca podrían usarse 2 led con la misma resistencia, dado el caso de que enciendan 2 leds, serán distintas resistencias siempre.
El BlueTooch
Materiales:
• 1 BlueTooch HC-05 o similar.
Funcionalidad y conexión del circuito:
• Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, RX0, TX0.
• RX0 es el pin 0 del Arduino Mega 2560.
• TX0 es el pin 1 del Arduino Mega 2560.
NOTA 1 IMPORTANTE:
Ver bien la conexión, ya que es un cruce de cables.
RX del BlueTooch se conecta con TX0 del Arduino Mega 2560.
TX del BlueTooch se conecta con RX0 del Arduino Mega 2560.
NOTA 2 IMPORTANTE:
En el momento de compilar el programa a la placa del Arduino Mega 2560, se recomienda sacar momentáneamente el voltaje de 3,3 Volts del BlueTooch, ya que podría generar error en el programa, luego se conecta normalmente.
Mediante el módulo BlueTooch podremos enviar comandos establecidos, en automatización o manual desde cualquier celular con BlueTooch.
El Acelerómetro.
Materiales:
• 1 Acelerómetro mma7361 o similar.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, A2, A3, A4 y 3V3.
Este circuito es el encargado de mover los motores con movimiento del propio modulo en 2 de los 3 ejes.
Repite el mismo movimiento que tenga el modulo en el plano dimensional.
EJE X y EJE Y.
La velocidad del movimiento de los motores es proporcional a la velocidad del movimiento del mismo modulo.
Como los 2 motores podrían moverse en distintas velocidades, según la inclinación, es posible que el visualizador de velocidades muestre más de una.
El eje Z no lo usaremos en este proyecto, ya que no le encontré tanta utilidad, y preferí usar solo el eje X y el eje Y.
Sistema Visual de Activación de los motores.
Materiales:
• 1 Resistencia de 1K Ω.
• 1 Led Rojo 5 mm.
• 1 Led Verde 5 mm.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, 39 y 41.
Este circuito es el que avisa de forma visual si hay movimiento de motores.
En reposo se enciende el led rojo.
En movimiento se enciende el led verde.
Aviso de Uso de BlueTooch.
Materiales:
• 1 Resistencia de 1K Ω.
• 1 Led Azul 5 mm.
Funcionalidad y conexión del circuito:
El pin del Arduino Mega 2560 usado es, 25.
Este circuito es el que avisa de forma visual si está activo el sistema BlueTooch.
Cambio de Modalidad (Joystick o Acelerómetro).
El pin del Arduino Mega 2560 usado es, 36.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Este circuito es el que avisa de forma visual si queremos usar el BlueTooch o el Joystick.
Los Drivers controladores (A4988)
Materiales:
• 2 Drivers A4988.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Los pines del Arduino Mega 2560 usados son, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 y 13.
Los pines de los 2 drivers A4988 están especificados en cada imagen.
Estos drivers son los encargados de mover los motores paso a paso mediante programación.
Alimentación de los drivers.
Esta es la imagen como guía para interpretar las imágenes.
Se detalla el potenciómetro gris, para verificar el posicionamiento e interpretar los pines.
Vea que el cuadrado negro es el integrado y debe estar arriba respecto del potenciómetro.
Tenga en cuenta esto, ya que un mal conexionado, resultaría en la avería del driver, incluso el riesgo de sufrir lesiones por quemaduras y/o golpes/ cortaduras resultantes de explosión del mismo.
Enable
El ENABLE Permite que el driver A4988 pueda enviar corriente al motor.
LOW o 0V habilita.
HIGH o 5V deshabilita.
En este proyecto usaremos un solo control para los 2 Enable.
M0, M1 y M2
Los M0, M1 y M2 son los encargados de la Configuración de los micropasos.
Estos 3 pines (M1, M2 y M3) son para seleccionar una de las resoluciones de cinco pasos de acuerdo con la tabla de verdad anterior.
Estas clavijas tienen resistencias pull-down internas así que, si las dejamos desconectadas, el tablero funcionará en modo de paso completo.
LOW = 0 Volts
HIGH = 5 Volts
Con LOW, LOW, LOW paso completo.
Con HIGH, LOW, LOW 1/2 paso.
Con LOW, HIGH, LOW 1/4 paso.
Con HIGH, HIGH, LOW 1/8 paso.
Con HIGH, HIGH, HIGH 1/16 paso.
Reset y Sleep
Acá es solo conectar 2 pines entre sí de cada driver A4988.
Sleep = Modo de sueño
El Pin Sleep y un nivel lógico bajo pone el driver A4988 en modo de reposo para minimizar el consumo de energía cuando el motor no está en uso.
El pin RESET establece el traductor en un estado de inicio predefinido.
Step
Step = Paso
Con el Step controlamos los microstep del motor y con cada pulso enviado a este pin el motor mueve un paso. Esto significa que no necesitamos ninguna programación compleja, tablas de secuencia de fases, líneas de control de frecuencia, etc., porque el traductor incorporado del controlador driver A4988 se encarga de todo.
Aquí debemos mencionar que este pin no debemos dejarlos flotando, o sea suelto, en nuestro proyecto, porque las interferencias y filtros parasito afectan y podría funcionar de manera indeseada, ya que podría interpretar dichas interferencias como señales propias.
Se conectan separados.
Dir.
El pin de Dir controla la dirección de rotación del motor y necesitamos conectarlo a uno de los pines digitales de nuestro microcontrolador Arduino Mega 2560.
Se conectan separados.
Bobinas de los 2 motores.
Los pines B2, B1, A1 y A2, son los que llevan la corriente al motor paso a paso, y dependiendo la secuencia el motor.
Como en este proyecto usaremos 2 motores paso a paso, las conexiones son en total 8 cables, 4 a cada motor, desde cada driver A4988.
B2x, B1x, A1x, A2x y B2y, B1y, A1y A2y.
"Aclaración"
(Cada motor podría tener la disposición y color muy distintos de otros motores paso a paso, siempre es conveniente mirar el DATASHEET del mismo.)
Tabla
Tabla de excitación de las bobinas para los movimientos.
Los Motores NEMA17
Materiales:
• 2 Motores Nema 17 o similar.
Funcionalidad y conexión del circuito:
Cada motor paso a paso se conecta a las salidas B2, B1, A1 y A2 de los drivers A4988.
EJEMPLO:
Motor paso a paso 1 conectar a B2x, B1x, A1x, A2x.
Motor paso a paso 2 conectar a B2y, B1y, A1y A2y.
Características motor paso a paso NEMA17 más común:
Tamaño: 42 mm x 38 mm cuadrados, sin incluir el eje (NEMA 17)
Peso: 285g (10 onzas)
Diámetro del eje: 5 mm.
Pasos por revolución: 200.
Giro 360° / Pasos por revolución: 200 = 1.8°
Corriente: 1.68A por bobina.
Voltaje: 2.7 V.
Resistencia: 1.65 Ohm por bobina.
Torque: 3.7Kg-cm (51 onzas-in)
Calibración del driver A4988
¿Por qué ajustar la corriente?
Porque l fuerza (realmente, el par motor) que va a ejercer un motor paso a paso depende directamente de la corriente que circula por él.
Más corriente = más fuerza.
Pero también, nuestros drivers A4988 tienen un valor máximo de corriente que pueden entregar con seguridad.
El valor óptimo de corriente al que debemos regular los drivers estará comprendido entre ambos valores.
(Regla de oro):
MINIMA CORRIENTE que necesita el motor paso a paso, para ejercer suficiente fuerza para el proyecto.
MAXIMA CORRIENTE que puede suministrar nuestro driver A4988.
Valor al que calibraremos la corriente del driver A4988.
MINIMA CORRIENTE > IDEAL < MAXIMA CORRIENTE
Como he explicado con anterioridad, yo no estudié nada de esto, he aprendido buscando información en internet o libros.
Y por tal motivo he aprendido que hay siempre más de una manera de hacer las cosas.
Ahora explicare muy básicamente como calibrar el driver A4988, de la manera que yo lo hago, no es muy profesional, pero hablando con personal que se dedica a esto, me han enseñado a hacerlo de esta manera, ya que así es una de las maneras más fáciles de hacerlo, pero si ustedes quieren hacerlo correctamente, pueden buscar información en internet y verán que los resultados son los mismos.
Con el driver A4988 alimentado y con todas las conexiones terminadas, pondremos en marcha la calibración.
Dato:
(Para calibrar el driver A4988 se necesitará un destornillador punta Phillips muy chico).
Si en su caso, les pasa como a mí, que tienen de estos destornilladores que son todos metálicos, deben cubrir con cinta aislante todo el mango al momento de usarlo.
No tienen nada de peligro, pero al tocar el potenciómetro con estos destornilladores, genera mucho ruido por interferencia y estatica y aparte de ser molesto, no dejará escuchar bien la calibración, así que aislarlos ayuda a reducir el ruido.
Usaremos un driver solo y el otro desconectado, así es más fácil.
Dejamos en automático el giro del motor paso a paso que vamos a calibrar.
Con todo preparado, comenzamos la calibración.
Debemos poner el driver visto de esta manera.
Con ayuda del destornillador Phillips aislado, vamos girando en sentido horario, subiendo el amperaje entregado, o anti horario, bajando el amperaje entregado, y vamos viendo la fuerza del motor paso a paso y el ruido.
Nos daremos cuenta que esta calibrado cuando vemos que gira y queremos frenarlo con la mano y cuesta, (pero sin ruido), si hay ruido vamos bajando de a poquito hasta no escuchar ningún chirrido, si está bien el ruido, vemos si podemos frenar el motor paso a paso con facilidad si es así, subimos un poco sentido horario, pero muy poco hasta ver que tenga fuerza y listo, en menos de 4 o 5 intentos seguro lo calibran, yo ya acostumbrado lo calibro en 2 o 3 intentos, luego lo dejo marcado con fibra indeleble y procedo a calibrarlo con las fórmulas como debe ser y queda en la misma posición, así que esta manera es mucho más práctica para quienes no sabemos tanto, o somos más perezosos.
Luego de hacerlo con un driver, hacemos lo mismo con el otro.
Yo lo que siempre hago si es que los 2 motores paso a paso son idénticos, es calibrar un driver A4988 sacarlo y poner el otro driver A4988 y el calibrado dejarlo para el otro motor paso a paso, así es más fácil, ya que uso el mismo código para las 2 calibraciones.
Ojo, al momento de sacar el driver A4988 para poner el otro, deben desconectar la alimentación de 12 volts.
De esta manera se aseguran que no podrán ocasionar ningún desperfecto por tocar algún pin involuntariamente haciendo que el driver A4988 tenga mal funcionamiento en la posterioridad.
Código para el Arduino Mega2560, aunque podríamos usar el Arduino Uno R3, solo para poder calibrar los Driver A4988.
Para Calibrar no usaremos el codigo final, ya que cualquier inconveniente será mas facil encontrar el problema en un codigo mas reducido.
Codigo de calibracion.
int PasosM0 = 6;
int PasosM1 = 7;
int PasosM2 = 8;
int Divisor = 128;
const int Step = 9;
const int Direccion = 10;
const int PasosRPM = 200;
const int PasosPorVueltas = 200;
const int PasosPeriodo = 300 * (PasosRPM / 100) / PasosPorVueltas;
void setup() {
pinMode(Habilitador, OUTPUT);
pinMode(PasosM0, OUTPUT); pinMode(PasosM1, OUTPUT); pinMode(PasosM2, OUTPUT);
pinMode(Step, OUTPUT); pinMode(Direccion, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(Direccion, HIGH);
for (uint32_t i = 0; i < PasosPorVueltas / Divisor ; i++) {
digitalWrite(Step, HIGH); delay(PasosPeriodo / 0.65 );
digitalWrite(Step, LOW); delay(PasosPeriodo / 0.65 );
}
Listo, con este pequeño código, podremos calibrar el driver A4988.
Luego de calibrar, borraremos este código, ya que el que usaremos tiene 2 motores paso a paso con 2 driver, y algunos parámetros los nombramos con terminación de 1 y 2.
Ejemplo: Step se reemplaza por Step1 y Step2. ETC.
Muy resumida toda la explicación, pero muy concisa y detallada y con imágenes de circuitos y conexiones bien explicadas.
Si tiene duda en alguna de las especificaciones o encuentra algún tipo de error o mejora, no dude en comunicarse conmigo.
Stricker1972@yahoo.com.ar
Cualquier tipo de aporte, sugerencia o corrección será tomado en cuenta y agradecido.
El código, es bastante similar al anterior, pero con modificaciones por las mejoras, también he cambiado algunos sketches que no me gustaban como estaban programados, y cada renglón de programación está con sus respectivos comentarios detallando su función.
No olvide borrar el código de calibración, así compilamos el nuevo código final.
Ir al Código Final.
Imagenes y los videos
