1-.CARÁTULA DE TRABAJO

MARIONETA MECÁNICA X-Y-Z.

Título del trabajo

SUPERHÉROES DE LA ECOLOGÍA.

Pseudónimo de integrantes

ROBÓTICA

Área

LOCAL

Categoría

DESARROLLO TECNOLÓGICO

Modalidad

8267311

Folio de Inscripción

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Índice

1-.Carátula 1

2-.Título 3

3-.Resumen 3

4-.Introducción 4

4.1-. Marco Teórico. 4

4.2-.Objetivo. 8

4.3-.Problema. 8

4.4-.Hipótesis. 8

5-.Desarrollo. 9

6-.Resultados 13

7-.Análisis e interpretación de resultados. 14

8-.Conclusiones. 15

9-.Fuentes de información. 15

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2-.TÍTULO

Uso de la tecnología para mostrar el cuidado del medio ambiente en el hogar.

3-.RESUMEN

La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas

cartesianas, por los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un

sistema de referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento

geométrico que pase por ellos o que se aproxime al máximo.

Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de

medida absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y

"actitud" (perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de

distintos puntos de su propia superficie.

Una manera más fácil de interpretar esto, es una maquinaria que permite a un

objeto en especial (principalmente una garra) poder trasladarse hacia arriba,

abajo, enfrente, atrás, izquierda y derecha.

Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes

aplicaciones:

Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones

teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de

dimensiones, forma, posición y actitud.

Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma,

posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características

teóricas son desconocidas.

Es importante destacar que un MMC es un buen ejemplo de la combinación de

distintos temas de matemáticas y física aplicados a algo físico; es

extremadamente usado en muchas ramas de la ciencia y hay muchas formas de

construir esta maquinaria.

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4-.INTRODUCCIÓN

El presente trabajo es una muestra de la combinación de muchos temas

muy alejados unos de otros pero que juntos pueden hacer algo mejor. El proyecto

abordará una maquinaria MMC controlada desde una computadora donde el

propósito del objeto a mover en las tres dimensiones es que el usuario lo maneje

para realizar diversas actividades ya predeterminadas dentro de un escenario.

Los temas usados, tanto para lo teórico como para lo práctico, son muy

diverso; como: electricidad (circuitos, voltaje, etc.), mecánica básica (leyes de

Newton, fuerza, etc.), geometría analítica (en la tercera dimensión), ecología

(información fiable para las actividades a realizar dentro del escenario), ortografía

y gramática (tanto para escribir bien el trabajo como para palabras técnicas).

La idea general es una marioneta que representa un superhéroe que sea el

icono de la ecología y lo que tendrá que hacer en su escenario será realizar

diversas actividades que muestren como se puede ayudar a la ecología, como lo

es separar la basura en orgánica, inorgánica e higiénica, abrir una ventana en un

lugar cerrado para aprovechar el aire y la luz del exterior y el desconectar aparatos

electrónicos que no se utilicen para no malgastar la electricidad.

Para controlar la marioneta se usa el circuito Arduino y para la

programación se usa tanto el programa Arduino como Processing.

4.1-.MARCO TEÓRICO.

Arduino

Arduino es una plataforma de hardware y software de código abierto,

basada en una sencilla placa con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un

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entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación

Processing. Es decir, una plataforma de código abierto para prototipos

electrónicos. Al ser open source, tanto su diseño como su distribución, puede

utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin necesidad

de licencia.

Processing

Es un lenguaje libre para personas que desean programar imágenes,

animaciones e interacción. Un programa en Processing se compone de dos

secciones principales: setup y draw. En la sección de setup como su nombre lo

indica, se realiza la inicialización del programa. Esta incluye las dimensiones de la

ventana donde se generará el contenido, el modo de gráficos que se utilizará, así

como propiedades de antialiasing. Por otro lado, en la sección draw se crean las

imágenes. Este bloque de código se ejecuta una y otra vez, por lo tanto, es posible

mediante pequeños cambios en el contenido gráfico que se presenta, dar la ilusión

que se está observando una animación.

Puente H

Es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en

ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como

convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos

integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.

Servomotor

Es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este

puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal

codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el

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servomotor mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señal

codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se

usan servomotores para posicionar superficies de control como el movimiento de

palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control,

títeres, y por supuesto, en robots.

Basura orgánica

Es todo desecho de origen biológico, es decir, que alguna vez estuvo vivo o fue

parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cáscaras y semillas de frutas,

huesos y sobras de animales, etc.

Basura inorgánica

Es todo desecho de origen no biológico, es decir, de origen industrial o algún otro

proceso no natural, por ejemplo: plástico, telas sintéticas, etc.

Pequeños motores (monofásicos o trifásicos), reductores de engranajes y a

menudo variadores de velocidad (eléctricos o electrónicos). Se usan como

accionadores en las instalaciones demóticas.

LED

(Por sus siglas en inglés, Light Emitting Diode, que en español significa

Diodo Emisor de Luz) también conocido como Diodo Luminoso consiste

básicamente en un material semiconductor que es capaz de emitir una radiación

electromagnética en forma de Luz. Su aplicación está extendida a una gran

cantidad de tecnologías, siendo generalmente utilizados para su función primitiva

de iluminación y siendo un perfecto indicador debido a su baja necesidad de

energía eléctrica y su alta perdurabilidad, introduciéndose inicialmente como un

pequeño punto luminoso de color rojo con una baja intensidad lumínica. Su

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funcionamiento está basado en el efecto de la Electro-Luminiscencia, en la cual

mediante una estimulación directa de polarización permite a este dispositivo liberar

energía en forma de un Fotón, cuyo color está determinado por la banda de

energía que haya sido estimulada.

LED

Mecánica

Es la parte de la Física que describe el movimiento de los cuerpos, y su

evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Se divide en dos partes:

Cinemática, que describe como se mueven los objetos, y Dinámica, que estudia a

la fuerza y a las causas que provocan el movimiento de los objetos.

Electrónica

Es el campo de la física que se refiere al diseño y aplicación de dispositivos,

por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de

electrones para la generación, transmisión, recepción o almacenamiento de

información.

Circuito eléctrico

Es el camino que siguen las cargas eléctricas y está compuesto

básicamente cuatro elementos 1º elemento activo (fuente de energía) 2º

elementos pasivos (los que consumen la energía, los resistores, los leds, parlante)

3º elemento de control 4º Los conductores (cables o alambres). Circuito serie: El

circuito se caracteriza básicamente porque cuando se desconecta un componente

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del circuito se corta la corriente de electrones y en el caso de los bombillos se

apagan circuito paralelo: Este circuito se caracteriza por tener varias vías por las

cuales puede desplazarse la corriente o flujo de electrones, este circuito tiene

camino independientes para la corriente y aunque apaguemos un bombillo los

otros continuaran prendidos.

Eliminador de Baterías

Es una manera para llamar un alimentador que te da una tensión continua

(DC Direct current) igual a la de las pilas o baterías de un estéreo, una radio , una

computadora . Usando ese alimentador no necesitas poner pilas o baterías, pero

necesita una red a 220 V alterna o a 100 V

Basura Higiénica

Los productos higiénicos desechables (pañales, toallas femeninas) están

siendo preferidos cada vez más por consumidores en todo el mundo. Estos

productos le ofrecen al consumidor muchos beneficios con respecto a la salud,

comodidad y conveniencia. Los productos higiénicos desechables están

constituidos básicamente por pulpa de madera (43 - 67% en peso) y diferentes

tipos de plásticos. Son virtualmente compatibles con todas las alternativas

existentes de disposición de residuos sólidos (rellenos sanitarios, compostaje,

reciclaje e incineración). Los resultados de numerosos proyectos de investigación

han demostrado que los productos higiénicos desechables no causan ningún

riesgo significativo a la salud o al ambiente cuando se incorporan al flujo de

residuos sólidos municipales.

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4.2-.OBJETIVO.

El objetivo general del proyecto es poder realizar un MMC que pueda

cumplir con todas las expectativas (como moverse sin ningún problema por todo el

escenario, que el usuario pueda completar las actividades de ecología en el

escenario, etc.). Además, se espera que los integrantes hayan podido mejor sus

conocimientos sobre los temas y poder aplicarlos a cosas más físicas dándoles

una funcionalidad.

4.3-.PROBLEMA.

En el proyecto existen diversos problemas, como lo sería pensar un MMC

sencillo y llevarlo a la realidad, además de poder hacer un programa que pueda

permitir controlar al MMC desde la computadora por un usuario.

4.4-.HIPÓTESIS.

Lograr construir una maquinaria MMC funcionable con circuitos básicos y

conocimientos básicos aprendidos en diferentes materias del bachillerato.

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5-.DESARROLLO.

ESTRUCTURA

Para el movimiento del títere me inspiré en el tipo de grúa que se utiliza en

las máquinas tragamonedas en donde se sacan peluches o dulces de esta. Al

observar su movimiento pude darme una idea de que hacer para que mi marioneta

pudiera moverse en tres dimensiones: izquierda y derecha, arriba y abajo, y

enfrente y atrás; ya que deseo que mi marioneta pueda moverse con la mayor

libertad posible en el escenario; y como la marioneta representa un superhéroe,

queda perfecto para semejar el vuelo.

Después de plantear la idea de lo que quería que hiciera mi marioneta

comencé la segunda etapa de mi proyecto; que era plantear como iba a ser la

estructura del mecanismo de mi marioneta. He de decir que esta etapa fue la más

laboriosa de todas ya que teníamos diversas ideas de cómo podríamos estructurar

la marioneta pero a su vez se presentaron varios problemas cada idea y debíamos

buscar la manera de corregirlo, claro, si era posible. Al final surgió una idea que

pudimos adaptar a nuestros intereses y fue el hacer una estructura construida `por

cuatro pilares (de 3 cm de largo. 6 cm de ancho y 60 cm de alto) y cada dos de

estos pilares irían unidos por otro pilar (3 cm de largo y ancho y 50 cm de largo)

colocados en la parte superior de cada pilar, en posición horizontal, que al final

formarían algo parecido a un banco de madera, solo que sin la `parte de arriba, o

sea, una estructura en forma de prisma rectangular (solo las aristas) (con

dimensiones finales de 60cm de alto y 50cm de largo y ancho), además esta

estructura llevará travesaños 10 cm arriba del suelo `para evitar que se tambalee.

Para el material de estos pilares decidimos que la mejor alternativa seria usar

madera, ya que es resistente, soporta gran peso y si surge algún problema es fácil

de arreglar (lo se necesita un buen carpintero, a lo cual si encontramos); y con

respecto a las medidas, se decidió que fueran de 50 por 50 por 60 (cm) para que

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tuviera suficiente espacio la marioneta para moverse por el escenario (que es de

50 por 50 cm) y que tuviera una gran altura para que todo el circuito, que se

colocara arriba, no se viera, y pueda usar bastante espacio (la parte de arriba se

tapara con un `pedazo de tela `para no verlo y solo se mostrara a los jueces si

desean verlo).

Los pilares de arriba tendrán un canal a cada uno, en el cual girara un

carrete, que al girar moverá un palo (que se encuentra atravesando el carrete) que

ira de un pilar al otro paralelo a este pilar y en total serian dos palos que

encontrarían perpendicularmente. En el punto en donde se encuentran los palos

se colocara una pequeña caja que será atravesada `por los palos y en un lado de

la caja se encontrara otro carrete. Los palos que se encuentran en los pilares

servirán para que la marioneta pueda moverse de izquierda a derecha y de

enfrente hacia atrás (y viceversa). Cada palo llevara dos carretes en sus extremos

para colocarlo en los canales de los pilares, pero en uno de los extremo de un solo

canal habrá un motor que tendrá 4 carretes que moverá; cada de estos carretes

tendrá hilo enrollado y cada dos tendrán el mismo hilo, se jalara ese hilo al otro

extremo del canal y se fijara con otro carrete fijado en ese extremo (verticalmente)

y eso mismo se hace con los otros 2 carretes del motor para el otro canal paralelo

(tomar en cuenta que al recorrer más distancia se necesitara más hilo para que

estos dos carretes y se necesita poner un palo en el extremo del pilar paralelo al

motor, para que el hilo quede fijo).Al moverse el motor, moverá el carrete, que a su

vez moverá el palo, que moverá la caja donde estará suspendida la marioneta.

Además el carrete que está al lado de la caja llevara otro motor que permitirá a la

marioneta moverse de arriba abajo. Para armar y desarmar la estructura, la

madera fue diseñada para que los travesaños pudieran meterse y sacarse a

presión; y los canales fueron adheridos a los pilares con velcro, por lo que es mas

fácil desarmarla; he de aclarar aquí que dos de los cuatro canales (paralelos entre

ellos), fueron elevados un poco para evitar que los palos se entrecrucen

directamente y se estorbasen. También la marioneta tendrá un servomotor para

poder cambiar su orientación.

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ESCENARIO

El escenario está diseñado de tal forma que parezca un cuarto, de un lado

estará una ventana de la cual el superhéroe tendrá que abrir, del otro lado abra

dos aparatos (figuras 3D de cartón en forma de los aparatos) conectados a un

enchufe a lo cual la marioneta tendrá que desconectar y por último en el fondo del

escenario habrá tres botes de basura y por todo el suelo habrá figuras de unicel

con basura a lo cual la marioneta tendrá que recoger y colocarlo en el bote

correspondiente.

CIRCUITOS

Para el circuito decidí usar Arduino, ya que teníamos cierta experiencia con

estos circuitos. Los motores fueron seleccionados especialmente para este diseño

que son motorreductores para que no giren tan rápido los carretes, puedan

soportar más peso y giren más de 360 grados. Además voy a utilizar puentes H

por cada motorreductor utilizado para poder hacerlos girar de un lado a otro y

viceversa, para que se pueda hacer el movimiento de arriba a abajo, de izquierda

a derecha y de enfrente hacia atrás (y viceversa). Para poder colocar los

motorreductores alejados del Arduino, estoy utilizando cables internos de un cable

de red, que son muy largo y flexibles que, con tan solo unirlo con cinta de aislar a

los cables del motor y del otro lado al Arduino, puedo controlarlos a una gran

distancia sin ningún problema. El servomotor usado para la orientación solo gira

180 grados y el programa solo hace que mire en 5 direcciones diferentes (este,

noreste, norte, noroeste y oeste).

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Programa

Para la programación utilice dos: uno es Arduino ya que con los circuitos de

Arduino es más eficiente trabajar con su propio programa; y para el segundo utilice

Processing, ya que Arduino como tal no reconoce de una forma general el teclado

de la computadora a sí que eso lo va a hacer Processing. Hablando generalmente,

el programa funciona de la siguiente manera: primero se hace un programa en

Processing que reconozca el teclado de la computadora y mande los datos a

Arduino, para mandar los datos a Arduino se hizo una comunicación serial entre

los dos programas, después se hace un programa en Arduino para especificar

formalmente que quieres que ocurra, que teclas ha de reconocer y como debe

reaccionar cuando las teclas sean presionadas o no; y finalmente cargas el

programa de Arduino al Arduino por el cable USB y arrancas el programa en

Processing; en este punto ya se podrán controlar los motores desde el teclado de

la computadora.

Programa de Arduino

#include <Servo.h>

Servo myservo;

int pos = 0;

int val;

const int motor1Pin = 13;

const int motor2Pin = 12;

const int motor3Pin = 10;

const int motor4Pin = 9;

const int motor5Pin = 8;

const int motor6Pin = 7;

const int enable1Pin = 11;

int status1 = HIGH, status2 = HIGH, status3 = HIGH, status4 = HIGH, status5 = HIGH, status6 =

HIGH;

void setup() {

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myservo.attach(3

Serial.begin(9600);

pinMode(motor1Pin,OUTPUT);

pinMode(motor2Pin,OUTPUT);

pinMode(motor3Pin,OUTPUT);

pinMode(motor4Pin,OUTPUT);

pinMode(motor5Pin,OUTPUT);

pinMode(motor6Pin,OUTPUT);

pinMode(enable1Pin,OUTPUT);

digitalWrite(enable1Pin,HIGH);

}

void loop() {

val=Serial.read();

if(val!=-1){

switch(val){

case 'R': status1 = !status1; break;

case 'L': status2 = !status2; break;

case 'U': status3 = !status3; break;

case 'D': status4 = !status4; break;

case 'F': status5 = !status5; break;

case 'B': status6 = !status6; break;

case 'A': pos = pos + 45; break;

case 'C': pos = pos - 45; break;

case '0': {status1 = HIGH; status2 = HIGH; status3 = HIGH; status4 = HIGH; status5 = HIGH;

status6 = HIGH; }

}

}

myservo.write(pos);

digitalWrite(motor1Pin, status1);

digitalWrite(motor2Pin, status2);

digitalWrite(motor3Pin, status3);

digitalWrite(motor4Pin, status4);

digitalWrite(motor5Pin, status5);

digitalWrite(motor6Pin, status6);

}

Processing

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import processing.serial.*;

Serial port;

void setup() {

size(255, 255);

port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); //Recordad que es 0 y no 1

}

void draw()

{

background(0);

}

void keyPressed() { //Manda al puerto la tecla pulsada

port.write(key);

}

void keyReleased() { //Manda al puerto de alto

port.write('0');

}

6-.RESULTADOS.

Tras varios intentos se logró perfeccionar un modelo casero MMC funcional

en forma de juego didáctico; además que, de todas las opciones posibles, el costo

de todo el material fue razonable a comparación de nuestras expectativas.

Fotos:

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Circuito del mecanismo. Servo.

Estructura de madera con los palos.

7-.ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.

Pudimos probar nuestra hipótesis de poder construir un MMC sin utilizar

conocimientos avanzados de los temas usados; además de que aprendimos a

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aplicar nuestros conocimientos en cosas físicas y pudimos mejorar nuestros

conocimientos con la experiencia del proyecto.

8-.CONCLUSIONES.

Al desarrollar este proyecto pude aplicar mis conocimientos de Arduino en

construir algo complejo y funcional; además de afinar o poner en practica otros

conocimientos. Aprendimos a manejar de una forma básica el programa

Processing; logramos aplicar nuestras mentes en la resolución de problemas

físicos y poder moldearlos. Además pudimos aprender nuevas cosas y aplicarlas

en un solo proyecto, como lo sería desde la comunicación serial de un programa a

otro, hasta cosas más generales como algunas cosas sencillas que podemos

hacer para ayudar a la ecología. Igualmente, esperamos que la marioneta logre

inspirar a la gente que lo maneje unas ideas de lo que pueden hacer para ayudar

así medio ambiente sin salir de casa.

9-.FUENTES DE INFORMACIÓN.

Vasconcelos S. Jorge, Introducción a la computación (2011), Tercera

edición, Grupo Editorial Patria, México.

Página oficial de Arduino: http://www.arduino.cc/

Página oficial de Processing: http://www.processing.org/

Ejercicios prácticos Arduino + Processing, José Manuel Ruiz Gutiérrez,

http://fit.um.edu.mx/CI3/publicaciones/TechnicalReportCOMP-032-2010.pdf

http://utsmecatronica.blogspot.mx/2011/11/puente-h.html

http://www.info-

ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/servomotor.htm

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http://www.sitenordeste.com/DiccionarioES/definicion/diccionario_electricida

d/M/Diccionario_el_saber_spanish vocabulary (M1).html

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http://educacionjegg.blogspot.mx/2010/05/definicion-de-mecanica.html

http://profesordetecnologia-dfgr41.blogspot.mx/2011/07/conceptos-basicos-

de-circuitos.html

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de-circuitos.html

http://www.comflyer.com/strg/docs/j19ho55dcnq.pdf

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