1 Parte I Capítulo 1 Memoria ................................................................................... 3 Introducción ........................................................................ 4 1 Estudio de los trabajos existentes / tecnologías existentes ........................ 8 2 Motivación del proyecto................................................................................. 20 3 Objetivos ........................................................................................................... 21 4 Metodología / Solución desarrollada ........................................................... 22 5 Recursos / herramientas empleadas ............................................................. 26 Capítulo 2 Diseño mecánico del robot aspirador............................ 27 1 Diseño e implantación del brazo telescópico............................................. 27 2 Elección e implantación unidad motora aspiración .................................. 33 3 Diseño servo-válvula de gestión aspiración .............................................. 41 4 Diseño carcasa exterior ................................................................................... 49 5 Elección motores tracción............................................................................... 58 6 Diseño e implantación barredores laterales (Sweepers) .......................... 65 Capítulo 3 Diseño electrónico del robot aspirador......................... 72 1 Diseño del actuador motor aspirador .......................................................... 72 2 Actuador barredores laterales (Sweepers): ................................................. 76 3 Diseño actuadores motores de tracción y brazo telescópico:................... 78 4 Diseño sensor luminosidad ........................................................................... 84 5 Diseño placa de alimentación ....................................................................... 91 6 Diseño placa aviso batería baja..................................................................... 93 Capítulo 4 Resultados/Experimentos................................................ 94 Capítulo 5 Conclusiones.................................................................... 104 Capítulo 6 Futuros desarrollos ........................................................ 108 Bibliografía.............................................................................................. 114 Parte II Estudio económico.............................................................. 117 2 Parte III Manual de usuario.............................................................. 119 Parte IV Presupuesto Económico ..................................................... 132 Parte V Data sheets .......................................................................... 138 3 Parte I MEMORIA 4 Capítulo 1 INTRODUCCIÓN En este capítulo se hace una introducción. En el segundo capítulo y tercero se describirá el desarrollo técnico realizado en el proyecto. Como más adelante se concretará en el apartado de objetivos, este proyecto forma parte de un conjunto de dos proyectos que completan el desarrollo del robot aspirador inteligente. Con el fin de dar una visión global del conjunto, se comentarán los principales aspectos y características del prototipo desarrollado. Queda el lector invitado a hojear la segunda parte de este proyecto titulada “Software y Brazo Mecánico”. El robot aspirador diseñado, nace de la necesidad de mejora de las actuales aspiradoras inteligentes presentes en el mercado. Dichas aspiradoras se ven incapaces de alcanzar ciertos rincones como bajos de sillones, sillas, sofás etc… dejando una importante suciedad sin eliminar. Para dar solución a este problema se recurre a la implantación de un brazo telescópico, a la vez aspirador, en la morfología típica, hasta hoy, de aspirador robótico. La clave de la innovación se encuentra en el brazo telescópico. Articulado por una antena eléctrica de automóvil y con una longitud de setenta centímetros, realiza su despliegue según detecte la necesidad o no. Para la discriminación de la utilización de dicha extremidad, se han incorporado un conjunto de sensores infrarrojos. En la figura siguiente puede observarse su colocación. 5 Figura 1: Disposición de sensores del Figura 2: Detalle de sensores del brazo brazo telescópico telescópico Además de los sensores mostrados en las dos figuras anteriores, se incorporó un sensor de contacto en el extremo del primer segmento del brazo telescópico. El cometido de este sensor, es la señalización al control de la contracción del brazo en caso de fallo en el sensor infrarrojo. Los sensores de contacto localizados en el extremo de la boca de aspiración cumplen la misión de señalizar el choque con obstáculos. Para la dotación de inteligencia y el control del robot aspirador se recurrió a un sistema tipo maestro-esclavo entre una PDA y una microcontroladora denominada TCS (realizada en ICAI). En la PDA residen los algoritmos programados en un lenguaje orientado a objetos. La gestión y comunicación con los sensores la realiza la TCS. Esta microcontroladora, va impulsada por dos microprocesadores PIC, idénticos, de la marca Microchip. El siguiente esquema trata de resumir la jerarquía de los elementos. 6 Figura 3: Esquema funcionamiento del control Hay que señalar que la utilización de la PDA para la programación resulta muy cómoda al contrario de lo que suele suceder cuando se pretende implementar los algoritmos directamente sobre la microcontroladora. No es necesario que el robot aspirador porte con la PDA ya que la TCS cuenta con un módulo de radio (ya incorporado) que permite la comunicación inalámbrica con la PDA. Este hecho supone una leve reducción del peso del robot. El esquema de conexionado de la microcontroladora con los sensores y actuadores del robot aspirador, no corresponde a esta parte del proyecto pero puede encontrarse en tomo complementario. A continuación mostraremos un cuadro con los diferentes sensores utilizados en la construcción del robot prototipo: 7 Fotografía Tipo de sensor Modelo Sensor infrarrojo medidor de Sharp GP2D12 distancia Sensor ultrasónico medidor de Devantech SRF04 distancia Sensor de contacto Bumper Tabla 1: Sensores utilizados Para más información sobe los sensores y su utilización, dentro del robot aspirador, se recomienda la lectura del tomo complementario a este proyecto. 8 1 Estudio de los trabajos existentes / tecnologías existentes La robótica en general y la robótica móvil en particular es un área de intenso estudio por la comunidad científica debido a las múltiples aplicaciones que ofrece. En el uso cotidiano del término se considera un robot a cualquier dispositivo mecánico que realiza tareas automatizadas ya sea por medio de un programa, por supervisión directa de un humano o mediante técnicas de Inteligencia Artificial. El empleo de brazos robóticos está implantado desde hace tiempo en la industria moderna, siendo su utilización muy extendida para la realización de tareas repetitivas o de riesgo: atornillar piezas, pintar coches, realizar soldaduras, desplazar objetos pesados, etc. Estos aparatos trabajan en entornos controlados y preparados específicamente para ellos, a los que el operador humano no suele tener acceso mientras están en funcionamiento. Aparte de los brazos robóticos industriales, existen otras utilidades que se les están dando cada vez con mayor frecuencia a máquinas de este tipo. Así, es cada vez más habitual la utilización de brazos robóticos para realizar operaciones quirúrgicas, sobre todo las relacionadas con la microcirugía y cirugía no invasiva debido al alto grado de precisión que se puede obtener. También se utilizan como implantes para miembros amputados, dentro de la ingeniería biónica. Estos robots tienen un grado de autonomía limitado y no se engloban en la categoría de robots móviles autónomos estudiados en esta memoria. Desde esta perspectiva, un robot es un agente con un cuerpo físico con capacidades motrices y situado en un entorno real con el que el robot interactúa. La autonomía en un agente de este tipo requiere de 9 capacidades complejas como trabajar durante largos periodos de tiempo sin supervisión en entornos dinámicos en los que es imposible predecir el estado del mismo. Esto implica a su vez capacidad de navegar en el entorno, además de técnicas de autoalimentación, detección de fallos, auto-regulación y autogeneración de reglas de comportamiento. El grado de autonomía en los robots móviles disponibles hoy día está todavía lejos de ajustarse a esta definición. Es de destacar, que el estado del arte en el desarrollo de sistemas robóticos autónomos no se corresponde con lo que de ellos se espera por parte de la sociedad. Los avances en la tecnología no se reflejan a la misma velocidad en la robótica móvil. Seguramente, la pregunta más oída por un investigador del área en ámbitos sociales sea: ¿Para cuándo uno que pase la aspiradora o que corte el césped? Tareas que, aunque no triviales, no suponen grandes dificultades, están lejos de ser realizadas por un robot móvil con un grado de éxito satisfactorio. Obviamente, las aplicaciones de este tipo de sistemas son infinitas, desde robots guías en museos y centros públicos, hasta la exploración marítima y espacial. Por otro lado, hoy en día se están construyendo dentro de la robótica autónoma muñecas o mascotas artificiales de compañía para personas mayores, debido a que en los países desarrollados la esperanza de vida crece pero no el índice de natalidad, lo que hace que existan cada vez más personas ancianas que viven en soledad y que pudieran verse beneficiadas por robots de este tipo. Así, se han construido robots imitando a “mamíferos” que muestran cierto grado de sensibilidad en el trato con las personas, pero suponen todavía un costo no abordable para lograr un uso generalizado. No hay soluciones “mágicas” para resolver los problemas; incluso 10 una tarea tan simple como la de evitar obstáculos depende fuertemente tanto de la morfología del robot y de los sensores de que dispone, como del propio entorno y del grado de dinamismo que presenta el mismo. La navegación con objetivo en entornos con un grado de estructuración pequeño, más allá del puro deambule, algo casi “instintivo” para los animales, es uno de los mayores escollos a resolver para conseguir robots fiables y convertirlos así en algo rutinario en los espacios comunes. Hasta prácticamente finales de los 80 el rumbo tomado para el desarrollo de agentes autónomos se fundamentaba en la Inteligencia Artificial. Se consideraba que, una vez conseguida la “mente artificial inteligente”, el paso de añadirle un cuerpo a esa “mente” sería, si no inmediato, un problema ingenieríl de menor dificultad. Claro reflejo de esto es el vago número de referencias a robots físicos reales que puede hallarse en la literatura de la época. A finales de los 80, R. A. Brooks revolucionó el área atacando la filosofía seguida hasta entonces desde su base. Postuló que para conseguir robots autónomos inteligentes debe empezarse por construir agentes físicos reales con capacidades básicas que puedan actuar en entornos reales, y que una vez logrado ese objetivo, se podría aspirar a ir aumentando las habilidades del robot y, en definitiva, su grado de autonomía. La irrupción de las ideas de Brooks dio lugar a lo que hoy día se conoce como Sistemas basados en el comportamiento. Centrándose en la situación de los robots aspiradores sería lógico preguntarse:-“¿Qué diablos pasó para que los robots aspiradores no empezasen a desarrollarse antes?”. De jóvenes 11 cuando se leían novelas de ciencia ficción, la imaginación proponía que los robots ocuparían parte de lo común hoy día. En vez de esto los robots han ocupado las tareas industriales más importantes como la construcción de automóviles. Desde el año 2001 han aparecido varios modelos que se han ido desarrollando lentamente a la sombra del mercado para llegar hoy a aspiradores robóticas como la Roomba Pro. Aunque Japón siempre cuenta con la última palabra en robótica parece que se inclinan más por conseguir robots de aspecto humanoide. Se menciona este producto de la empresa iRobot por haberse convertido en una referencia importante en lo que a aspiradoras robotizadas se refiere. Roomba Pro ya se ofrece en dos colores distintos, con habilidades de succión y barrido del polvo, recarga automática de baterías y sensores de caída por escaleras. Cuando ésta aspiradora encuentra un obstáculo gira 45º y continúa limpiando. El sistema de aspiración seleccionado por iRobot es el de bolsa de aspiración en seco (es la forma tradicional como sistema de aspiración). El robot se maneja muy bien con suelos duros y alfombras poco altas y sin flecos. Figura 4: Detalle 1 sensores ROOMBA Figura 5: Detalle 2 sensores ROOMBA 12 La estrategia de navegación adoptada por iRobot para Roomba es la de inicio mediante espiral. Poco a poco, el robot va describiendo una trayectoria circular con radio creciente (con forma de caracola) para luego comenzar un algoritmo aleatorio de navegación por la habitación al más puro estilo ping-pong. El comportamiento puede describirse como “poco inteligente” recurriendo a una lógica reactiva lo que se traduce en el sucesivo repaso de zonas concretas de la habitación. Se preguntó al servicio de atención al cliente si pensaban desarrollar algún algoritmo de navegación alternativo, a lo que contestaron – al menos no en la versión de 230$. Roomba como el resto de aspiradores robotizados del mercado sigue una navegación aleatoria, dejando actuar la probabilidad y consiguiendo una eficiencia del 95% de superficie aspirada en una habitación cuadrada y sin obstáculos. Figura 6: Algoritmo navegación Figura 7: Elementos de limpieza de ROOMBA ROOMBA iRobot se sirvió de un sistema operativo de menos de 256 bytes de memoria. (Menos que el propio logo de Microsoft Windows). Con esta relativamente baja potencia de cálculo es capaz de manejar sensores de infrarrojos (medidores de distancia), sensores de contacto y sencillos algoritmos de escape ante “aprisionamientos”. Cuando por alguna circunstancia no es capaz de encontrar una salida 13 apaga sus motores y emite un pitido de auxilio para ser rescatada por algún ser humano. Figura 8: Detalle motores ROOMBA Figura 9: Detalle cepillos ROOMBA El sistema de acumulación de polvo del aspirador es relativamente pequeño siendo muchas veces necesario su vaciado si la suciedad de la habitación en cuestión es importante. La filosofía en éste aspecto es la de mantener una limpieza continua y no dejar que la suciedad se acumule. iRobot también ha desarrollado últimamente algunos accesorios como cepillos especiales, generadores de paredes virtuales (se trata de un dispositivo que genera un rayo infrarrojo y evita que la aspiradora atraviese dicha frontera) y mandos de control a distancia para el robot. Sus baterías tardan 12h en cargar y ofrecen una autonomía de hasta 90 minutos de aspiración al robot. También debe mencionarse otros modelos de robot aspirador inteligente que apuestan por otras tecnologías. El esquema siguiente resume los modelos presentes hoy en el mercado. 14 Esquema 1: Oferta robots aspiradores del mercado El apartado tecnológico al que se hace referencia en el esquema superior merece especial mención. Hoy día existen tres maneras para absorber la suciedad de nuestros hogares: - Tecnología bolsa en seco (Tradicional) Mediante una diferencia de presión generada por un ventilador eléctrico, el aire presente en la boca de aspiración a presión ambiente se introduce por la toma de aire a través de los cepillos y de la bolsa dejando en el filtro intermedio la suciedad. Las ventajas de éste método son el bajo coste del material filtrante, el bajo peso (comparado con otras tecnologías) y la sencillez de diseño. 15 Los principales inconvenientes son la pérdida de eficiencia de aspiración a medida que el filtro se obtura, el ruido del motor aspirador y el retorno de partículas de polvo al ambiente en la mayoría de los casos. También merece la pena destacar la incomodidad que supone el cambio de las bolsas filtrantes y la incapacidad de reutilización de las mismas. Es necesaria una gran potencia eléctrica para el conjunto. El método de bolsa en seco es el más extendido en el mundo de las aspiradoras robóticas debido a su sencillez y a la ausencia de patentes de ésta tecnología. Como ejemplos de productos aparecen además de la comentada Roomba: Foto Producto Descripción técnica Smart Multi-Function Vacuum Cleaner (TRV-10) con control remoto. Vuelve automáticamente al punto de carga una vez que detecta un nivel bajo de baterías. Con variedad de programas de limpieza (semanal, diaria etc..). Posibilidad de alargar el periodo de limpieza para grandes superficies. El control remoto permite guiar el aspirador hacia lugares específicos. 16 Las características del AV-838 son el detector anti-caída por escaleras, detector virtual de paredes, sensor seguimiento de paredes, función de control remoto. Tensión de entrada al cargador :100-240V AC ,Tensión salida del cargador:24C DC Tensión en baterías:14.4V . Potencia media de la unidad 23 W. Tiempo recarga 5h. Autonomía 50-70 minutos. Ubot propone la siguiente aspiradora: Funciones de señalización con voz digital. Seguidor de paredes. Especificaciones: dimensiones: 42 x 18cm. Peso: 8.12kg.Cargador externo: AC 100240V.Salida del cargador: DC 19V, 3.16A.Tensión en baterías: 14.4V.potencia del motor: 60W Tiempo de recarga 4 horas máximo. Autonomía 100 minutos. Velocidad: 0.2m/sec. Volumen bolsa aspiración 0.7L. Tipo de baterías Li-ion recargable. Aspiradora de VS Electronics. Altura 98mm. Autonomía 58min. Peso 3.4kgs. Tiempo de recarga 3hrs. Ruido 65DB.El peso es de 1Kg. Capacidad bolsa de aspiración 0.7L. Potencia de aspirador 30W. Velocidad 0.2m/s Baterías recargables de Ni-MH. El tamaño de la habitación es configurable. Se carga manualmente. Función de control remoto. Tabla 2: Características modelos presentes en el mercado 17 - Tecnología ciclones (Dyson) El sistema “Dual Cyclone”, inventado por James Dyson en 1987, sustituye las tradicionales bolsas de recogida de residuos, cuya obstrucción es frecuente, por dos ciclones que garantizan una capacidad de aspiración constante. Los residuos se depositan en una cubeta fácilmente extraíble y limpiable. James Dyson incluyó una nueva opción en sus aspiradoras, pueden informar al servicio técnico acerca de problemas de funcionamiento. Lo único que el usuario debe hacer es llamar al centro de servicio técnico y la aspiradora transmitirá en formato binario las piezas defectuosas que se deben sustituir. El principio de funcionamiento es la entrada de aire viciado, la separación Ciclones a modo de centrifugadora en los ciclones y la separación Rejilla de partículas según su masa pequeña, mediana o grande en la rejilla o en el cubo. Éste Cubo sistema tiene la ventaja de no contar con bolsas y cartuchos el de principal inconveniente es el elevado precio y la pérdida de estanquiedad a largo plazo. 18 FOTO DEL PRODUCTO DESCRIPCIÓN TÉCNICA Dyson introduce la DC06 con un precio de 6.000$. Un 5% del sistema es limpieza y un 95% inteligencia. Incorpora más de 70 sensores y tres computadoras independientes realizar decisiones un pudiendo total por de 16 segundo. Reconoce cuando la limpieza de la habitación finalizó. Se han fabricado un total de 1100 unidades en todo el mundo. Su peso es de 9.2Kg. Hicieron falta 60.000 horas de investigación para diseñar el modelo. Dyson no facilita ningún otro dato técnico. Tabla 3: Características aspirador robótico Dyson - Tecnología bolsa hidráulica (Karcher) Karcher recurre a esta tecnología para sus modelos manuales de limpieza. Merece la pena nombrar y entender los principios básicos de funcionamiento. En la actualidad no hay ningún aspirador robótico que la incorpore por algunos problemas que puede presentar. 19 El principio de funcionamiento es el establecimiento de una diferencia de presión utilizando un ventilador. Las partículas y el aire procedentes del exterior se introducen por el canal de aspiración. El ventilador se encuentra situado en la parte más alta de la aspiradora de tal manera que únicamente las partículas más livianas son capaces de ascender por el canal de ventilación siendo las más gruesas atrapadas en el recipiente de agua. FOTO DEL PRODUCTO DESCRIPCIÓN TÉCNICA Aspiradora Robot Robocleaner 3000. Cuenta con una autonomía de 60 minutos. El peso conjunto son 2Kg. del El depósito del acumulador de suciedad es de dimensiones 0.2L.Las son Ø 280x105 mm .La tensión de servicio empleada es de 12V. Su precio ronda los 1500€. Limpia unos 15 metros cuadrados a la hora. Cuenta con un programa especial para el reconocimiento de los flecos 20 de alfombra para no quedar enganchado con ellos. La estación de mando cuenta con un depósito de suciedad de 2L que va llevando según se recarga la unidad móvil. El sistema de navegación se basa en rayos infrarrojos. Cuenta con una potencia de aspiración de 18W. La velocidad máxima es de 20cm por segundo. Tabla 4: Aspirador robótico Robocleaner 3000 El mercado no reaccionó tan mal como se esperaba los últimos 5 años vendiéndose entre 2002 y 2003 un total de 570.000 unidades. La proyección de futuro para éste mercado entre 2003 y 2007 son 4.1 millones de aspiradores vendidas con una valor total de más de 4 billones de dólares. 2 Motivación del proyecto Trabajar con robots exige un conocimiento multidisciplinar. Si bien la Electrónica y la Informática acaparan un buen porcentaje de las materias que implica la Robótica, es muy conveniente y beneficioso tener ideas y habilidades en Mecánica, Sensores, Comunicaciones, Motores e Inteligencia Artificial. Esta combinación de disciplinas constituye un excelente valor formativo para cualquier ingeniero. El proyecto “Construcción de una aspiradora inteligente para la limpieza automática de las casas” pretende introducir una importante mejora en un producto muy innovador por si mismo. 21 Pocas son las familias que hoy disponen de una aspiradora inteligente en sus domicilios, pero no debemos subestimar un mercado que movió más de 4.1Billones de dólares en 2006 creciendo a un ritmo del 9% desde 2001. La aspiradora que se plantea construir no se encuentra aún en el mercado, la idea de introducir un brazo telescópico en un robot aspirador es innovadora y muy desafiante. Encajar el brazo telescópico persigue, fundamentalmente, el aumento de superficie disponible de aspiración ante los problemas de accesibilidad a ciertos rincones de las aspiradoras robóticas tradicionales. El entorno de funcionamiento del robot aspirador es uno de los más difíciles para navegar; las sillas, escaleras y demás obstáculos, configuran un entorno muy desetructurado y al mismo tiempo interesante para estudiar. La construcción del aspirador robótico que se plantea, parte de cero y pretende abrir una nueva línea de proyectos en la Universidad Pontificia de Comillas. Las posibilidades para futuros desarrollos son enormes, pudiendo mejorar los resultados que se obtengan en este proyecto hasta alcanzar un producto casi comercial. 3 Objetivos El objetivo principal del proyecto es el diseño y construcción de una aspiradora inteligente para la limpieza automática de las casas. Este objetivo también contempla la introducción de un brazo telescópico 22 en dicho robot aspirador para la mejora de la superficie efectiva de aspiración en los hogares. Para la consecución del objetivo principal el proyecto se divide en dos proyectos: • Diseño electromecánico y electrónico del robot aspirador. • Programación y control del brazo telescópico. El presente proyecto resuelve el diseño electromecánico y electrónico del robot aspirador. Para ello se divide en dos sub-objetivos: • Diseño e implantación de elementos electromecánicos: -Diseño y construcción de la estructura exterior general del robot aspirador. -Diseño y construcción del brazo telescópico. -Selección e implantación de motores, servomecanismos etc… • Diseño e implantación de elementos electrónicos: -Diseño y construcción de los distintos actuadores para los motores del robot aspirador. 4 Metodología / Solución desarrollada El proyecto fin de carrera “Construcción de una aspiradora inteligente para la limpieza automática de las casas” se plantea con una duración aproximada de nueve meses. 23 La construcción del robot aspirador va acompañada de un alto componente de ingeniería de diseño, fabricación de estructura, implantación de distintos elementos y pruebas de funcionamiento. La metodología para la el alcance del objetivo principal se basa en la consecución de cuatro fases para cada uno de los módulos a incorporar en el robot aspirador. Estas fases son: 1. Diseño teórico del elemento y contraste con otras alternativas. 2. Fabricación o simulación mediante ordenador del diseño teórico anterior. 3. Prueba del elemento una vez integrado en el conjunto aspirador. 4. Contraste de los resultados con otras alternativas de diseño ya experimentadas. Esta metodología es imprescindible ya que se trata del diseño de un producto innovador del que no se conoce ninguna referencia en el mercado. La metodología y el calendario de comienzo y finalización de cada tarea puede observarse en la tabla incluida al final de este apartado. Básicamente consta de dos bloques: • Diseño y construcción electromecánica y electrónica. • Programación y dotación de inteligencia al robot aspirador. 24 Hay que señalar que el objetivo del proyecto pudo alcanzarse gracias a la división en dos subproyectos. Fue necesaria la plena colaboración con el proyecto de programación del robot aspirador ya que las decisiones influían de manera directa en ambos proyectos. La solución desarrollada es la incorporación de un brazo telescópico, de 70 centímetros de longitud, transversal al sentido de la marcha del robot aspirador, articulado con la ayuda de una antena eléctrica de automóvil. También, se introdujo una servo-válvula para poder seleccionar si la aspiración se realiza por la base del robot o por el extremos del brazo telescópico. La potencia del robot aspirador prototipo construido es de 60W ofreciendo una autonomía aproximada de funcionamiento de 20 minutos. El peso final del conjunto es de 8.5 Kg. El control se realiza mediante una PDA y una microcontroladora desarrollada por ICAI y denominada TCS. A continuación se presenta el calendario de actuación de cada tarea: 25 5 Recursos / herramientas empleadas La realización del proyecto incorpora un fuerte componente de diseño e implantación mecánica. También integra el diseño de varios actuadores y sensores de categoría eléctrica-electrónica. El proyecto fue financiado prácticamente en su totalidad por la Universidad Pontificia de Comillas. La mayoría de materiales son de origen reciclado para reducir el impacto medioambiental de su construcción. La parte de diseño mecánico se resolvió con la utilización de una herramienta software en tres dimensiones: “3D Studio Max R4”. Dicha herramienta fue determinante para la simulación del movimiento del brazo telescópico. En la Universidad Pontificia de Comillas no se encuentra disponible la licencia de este paquete, se realizó en un ordenador particular externo a la universidad La construcción del robot aspirador incluye la utilización de toda clase de herramientas y máquinas herramientas. Martillos, serretas, taladradoras, sierras de pelo etc… fueron necesarias para el traslado a la realidad del robot aspirador diseñado previamente. El diseño electrónico se realizó con SPICE, una herramienta de simulación electrónica. La gran parte de las placas se simularon antes de su realización física. La realización de las placas conlleva la utilización de soldadores de 25W eléctricos, multímetros de medida eléctrica y fuentes reguladas de alimentación y de señal. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 27 Capítulo 2 DISEÑO MECÁNICO DEL ROBOT ASPIRADOR El diseño mecánico del robot aspirador es el aspecto más estudiado y más desafiante del proyecto. La morfología del robot configura su comportamiento y determina su eficacia, en gran medida, en la limpieza del hogar. A continuación, se irán explicando detallada y sucesivamente los procedimientos seguidos para el diseño y la implantación de cada unos de los elementos mecánicos del robot aspirador prototipo. Los elementos mecánicos distinguidos son el brazo telescópico, la unidad motora de aspiración, servo-válvula gestión aspiración, carcasa exterior, motores de tracción y barredores laterales. 1 Diseño e implantación del brazo telescópico La incorporación de un brazo a la aspiradora fue una idea del director del proyecto que surgió en el año 2005. El diseño actual del brazo se basa en el diseño realizado en el año 2005-06 en el IIT El brazo telescópico de la aspiradora robótica supone un componente de innovación tecnológica que hasta ahora no había en el mercado. La necesidad de mejorar la superficie efectiva de aspiración de los modelos que hoy día se comercializan hizo surgir la idea de su utilización. Para su diseño se debe responder a ciertas preguntas clave: ¿Debería ser articulado o fijo? ¿Qué longitud total se precisa? ¿Qué materiales son los más adecuados para su fabricación? ¿Qué posición debe ocupar en el robot aspirador? 28 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador El proceso de diseño fue largo y tedioso ya que se recurrió a la experimentación para el contraste de la calidad de las soluciones. Transcurridos los experimentos se alcanzó la solución considerada más adecuada. Se trata de un brazo telescópico con movimiento prismático, plegable instantáneamente, articulado mediante una antena eléctrica de automóvil y formado por tres segmentos de distinta sección, que se introducen uno dentro del otro para quedar retraídos en una longitud aproximada de 35cm. La longitud máxima alcanzada, con el despliegue de sus tres segmentos, es de aproximadamente setenta centímetros. El segmento tubular de menor diámetro porta la boca de aspiración del brazo telescópico. La figura inferior muestra la disposición inicial del brazo telescópico en sentido longitudinal al desplazamiento natural del robot. La colocación fue descartada debido a la gran complicación en la navegación del robot para la limpieza de las zonas poco accesibles (bajos de sillas, sillones etc…). En la figura inmediatamente posterior se aprecia la colocación final seleccionada por la mejora de prestaciones obtenida. La colocación en éste último caso es trasversal al sentido natural de la marcha. Figura 10: Colocación inicial del brazo telescópico Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 29 Figura 11: Colocación final del brazo telescópico en robot aspirador teórico En la versión de prototipo se utilizó una antena eléctrica solidaria longitudinalmente al brazo para lograr el movimiento prismático de sus articulaciones. Dicha antena fue obtenida de un desguace de automóviles. Sus características principales son 12V de tensión nominal y 12W de potencia nominal. Plenamente desplegada, alcanza una longitud de 2m lo cual obliga a establecer medidas para limitar su extensión a la longitud del brazo telescópico. La longitud del brazo telescópico fue limitada a 1 metro por las características de los materiales utilizados para su construcción. Fueron utilizados materiales plásticos de PVC, aunque cuentan con buena rigidez y relativamente bajo peso, únicamente se comercializan en unos diámetros y grosores determinados. Este hecho, hizo que la pérdida de carga resultase apreciable por los pequeños huecos existentes entre las uniones de los segmentos que configuran el brazo telescópico. Para la versión final, se propone confeccionar un brazo de mayor calidad con tubos de aleación en Duraluminox de gran resistencia, anodinados en tres capas con calidad de aviación. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 30 Figura 12: Detalle antena eléctrica de automóvil utilizada El anclaje del brazo telescópico a la aspiradora robot se realiza bajo la base y transversalmente al sentido natural de marcha de dicho robot. La argumentación de la elección de la disposición del brazo se fundamenta en la obtención de un barrido completo en dos dimensiones, mediante la extensión del brazo telescópico en una dirección y el avance de la aspiradora robótica en el otro. Es trascendental, que el brazo telescópico una vez retraído no sobresalga de la vista en planta del aspirador. Figura 13: Esquema movimiento general del robot El tamaño de partícula máxima aspirada viene determinada por el diámetro de la última sección (que empuña la boca de aspiración) que resulta ser de 24mm en la versión prototipo. 31 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Figura 14: Brazo telescópico prototipo Figura 15: Vista inferior colocación brazo telescópico El mantenimiento del brazo telescópico debe realizarse periódicamente ya que se trata de un elemento dotado de articulaciones y expuesto continuamente a la suciedad. Los segmentos se desmontan separando los tubos con un movimiento brusco y seco. Mediante un bastoncito impregnado con alcohol deben limpiarse cuidadosamente las juntas de goma que garantizan la estanquiedad del conjunto. Antes de armar de nuevo el conjunto, se pasa un fino bastón al que se le enrollará un pedazo de tela o estopa impregnada con un aceite fino (los mismos bastones que son utilizados para limpiar un arma - se puede fabricar con un bastón de madera o comprarlo en una armería) por las uniones entre los segmentos. Pasar un capa de spray tipo WD4 ó similar y empezar de la misma operación de limpieza interna de los tubos. Limpiar bien los conos de presión y la superficie de los tubos con el mismo aceite fino - No utilizar gasolina o productos detergentes. Engrasar los empaques y el interior de los tubos con grasa de silicona y remontar con un movimiento de la mano dando un golpe seco en la punta de los tubos a fin de ensamblarlos uno dentro del otro. Deslizar los tubos uno dentro del otro varias veces a fin de engrasar sus paredes internas. Limpiar con un trapo seco el exceso de grasa que pudiera encontrarse en la parte externa del brazo. Siempre se 32 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador aconseja, después de utilizarlo, pasar un trapo sobre el brazo antes de plegarlo después de su mantenimiento. Finalmente se muestra una fotografía esquematizada con el emplazamiento final del brazo telescópico. Figura 16: Esquema emplazamiento final del brazo telescópico La figura 16 muestra los tres segmentos que configuran el brazo telescópico, la antena eléctrica de automóvil solidaria al brazo para conseguir su movimiento y la boca de aspiración. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 33 2 Elección e implantación unidad motora aspiración La unidad motora de aspiración es el elemento fundamental del robot aspirador. La aspiradora es la encargada de provocar la diferencia de presión necesaria para elevar la suciedad del suelo e introducirla en la bolsa de aspiración. En la actualidad los aspiradores normalmente llevan incorporados uno de los siguientes motores para realizar la aspiración de partículas: -Motores de aspiración directa: Aquellos que se refrigeran con el mismo aire de aspiración. Estos motores no son adecuados para la aspiración de líquidos. Es muy importante evitar la saturación del filtro de aspiración, para facilitar la refrigeración del motor. Los parámetros constructivos más importantes son el número de turbinas, el voltaje, la potencia, el alto de turbina, el alto total y el sistema de fijación al conjunto (presión o tornillo). Figura 17: Fotografía motor aspiración directa Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 34 -Motores by-pass periféricos: Tienen dos circuitos de aire. El aire que refrigera el motor eléctrico, por medio de unas aspas situadas encima del motor, es independiente al de la aspiración. El aire de aspiración es evacuado lateralmente, no debe comunicarse con la parte eléctrica. Salida de aire periférica. Los parámetros constructivos más importantes son el número de turbinas, el voltaje, la potencia, el alto de turbina, el alto total y el sistema de fijación al conjunto (presión o tornillo). Figura 18: Fotografía motor by-pass periféricos -Motores by-pass-tangenciales: Tienen dos circuitos de aire. El aire que refrigera el motor eléctrico, por medio de unas aspas situadas encima del motor, es independiente al de la aspiración. El aire de aspiración es evacuado lateralmente, no debe comunicarse con la parte eléctrica. Salida de aire tangencial. . Los parámetros constructivos más importantes son el número de turbinas, el voltaje, la potencia, el alto de turbina, el alto total y el sistema de fijación al conjunto (presión o tornillo). Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 35 Figura 19: Fotografía del motor by-pass tangencial Para más información recomendamos visitar http://www.servorecambios.com Los motores by-pass periféricos y by-pass tangenciales no son muy utilizados para aplicaciones normales. Su utilización se reduce a unidades en el que el espacio para la colocación del aspirador es muy reducido, nos es posible incorporar un equipo de gran potencia o se dispone de poca ventilación para el motor. Para esta aplicación, se utilizarán motores de corriente continua de aspiración directa. La utilización de motores de corriente continua se debe al tipo de energía utilizada la alimentación del robot. Las baterías suministran una tensión continua y aunque hay dispositivos (inversores) que podrían generar una tensión alterna, sus rendimientos no son demasiado buenos, su tamaño sería de difícil incorporación y la disipación de calor suele ser importante. Utilizando motores de corriente continua, podemos utilizar directamente la energía de las baterías con una eficiencia mayor que incorporando dispositivos de electrónica de potencia (inversores). Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 36 Las aspiradoras inteligentes cuentan con una ventaja fundamental respecto a las aspiradoras manuales, no necesitan elevar la suciedad a grandes alturas ya que su diseño se concibe muy cercano al suelo. Esto se traduce en un decremento substancial en la potencia de aspiración necesaria ,debido a la desaparición de codos en el circuito de aspiración (el emplazamiento de los canales es fijo, no como en el caso de las aspiradoras manuales que se forman nudos y estricciones en las mangueras etc..) y a la consecuente reducción del consumo de energía por partícula aspirada. Figura 20: Esquema comparativo aspirador manual y robot aspirador Aunque los sistemas de aspiración no han sufrido cambios substanciales en los casi cien años que llevan en el mercado, sí han aparecido alternativas a la ya tradicional aspiradora en seco eléctrica. Entre los sistemas alternativos destaca el sistema Double Cyclone propuesto por Dyson. El principio de funcionamiento ha sido descrito en el capítulo primero apartado uno del presente proyecto explicando sus ventajas e inconvenientes. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 37 En la construcción del robot aspirador prototipo debía encontrarse un motor de aspiradora convencional que operara mediante motor eléctrico de corriente continua. La potencia fue la principal incógnita para elección del motor aspirador. Se recurrió a la experimentación con algunos modelos para selección del más apropiado. Entre los modelos probados se encuentran la Moulinex CEN-1.41 Pronto y la Balai Sweeper Ns130. Moulinex CEN-1.41 Pronto CARACTERÍSTICAS Potencia de aspiración: 60W Tipo aspirador : portátil manual Capacidad depósito:0.5 L Precio de venta: 74.5€ Tipo baterías: plomo-ácido Potencia variable: NO Nivel de ruido: 73dB Tabla 5: Apirador Moulinex Balai Sweeper Ns130. CARACTERÍSTICAS Potencia de aspiración: 25W Tipo aspirador : portátil manual Capacidad depósito:0.3 L Precio de venta: 42€ Tipo baterías: recargables AA, LR06 Potencia variable: NO Nivel ruido: No disponible Tabla 6: Aspirador Balai Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 38 Los dos modelos representados en las figuras anteriores simbolizan a dos familias diferentes de aspiradores portátiles. La aspiradora Moulinex es de diseño anterior a la Balai. Moulinex apuesta en el modelo por la colocación de la bolsa de aspiración en la parte más cercana a la empuñadura del usuario lo que, en parte, justifica la diferencia de potencia con el motor de Balai. El otro modelo analizado (Balai) es de potencia claramente inferior, pero lleva la bolsa de aspiración incluida en el conjunto base de aspiración. Incluir en la base la bolsa de aspiración tiene como consecuencias la reducción de potencia necesaria de aspiración, la complicación del diseño de la bolsa de aspiración para optimizar su capacidad y la reducción del consumo de potencia. Balai Sweeper Ns130 basa no basa su eficacia en su unidad aspiradora. Un complicado e ingenioso sistema de rodillos y cepillos arrastra mecánicamente la suciedad hacia el recipiente. Últimamente, muchas aspiradoras inteligentes incorporan el sistema de rodillos y cepillos por ser más eficiente en relación potencia necesaria y limpieza de partículas. El inconveniente principal de agregar al robot el sistema, es el aumento de complejidad en el diseño general para su incorporación en la estructura base. Finalmente, se optó por incorporar el motor aspirador de la Moulinex CEN-1.41 Pronto. Su relativa alta potencia de aspiración compensaba las pérdidas en la servo-válvula de gestión de aspiración y con sus baterías la autonomía superaba los veinte minutos. El siguiente cuadro compara las potencias utilizadas en varios aspiradores presentes hoy en el mercado. 39 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador MODELO POTENCIA ASPIRACIÓN 60W UBOT 30W VS Electronics 18W Robot Robocleaner 25W ROOMBA Tabla 7: Comparativa potencias robots aspiradores El prototipo aspirador se situaría al nivel de UBOT que también considera necesario para su diseño la incorporación de un motor de 60W. La implantación del motor aspirador dentro del robot puede apreciarse en la figura siguiente: Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 40 Figura 21: Implantación del motor aspirador en la versión prototipo. La sujeción se realizó mediante tornillos y tres puntos de anclaje. Es importante prestar especial cuidado al acoplamiento entre el motor aspirador y la bolsa de aspiración para reducir al máximo las pérdidas de succión. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 41 3 Diseño servo-válvula de gestión aspiración La introducción del brazo telescópico supone la apertura de nuevas posibilidades para los métodos de aspiración de las aspiradoras robóticas. En un principio, se pensó realizar la aspiración únicamente por el extremo del último segmento del brazo pero apareció la inquietud de gestionar dos comportamientos de aspiración atendiendo a las necesidades de cada momento. Así, comenzó el diseño de un elemento mecánico que en contacto con la unidad de control pudiese seleccionar indistintamente una aspiración por la base del robot o por el brazo telescópico. Una válvula parecía ser la mejor opción pero: ¿Qué tipo de válvula utilizar? Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas, son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia. En nuestra aplicación es necesario un sellado absoluto. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 42 La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido (el aire también es un fluido) que ha pasado por una sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo. La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo. • Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. En robótica se utilizan fundamentalmente los actuadotes eléctricos. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte. • Cuerpo de la válvula: este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 43 Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho. A continuación, se explicarán brevemente dichos tipos de válvulas. Seria imposible mencionar todas las características de cada tipo de válvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Más bien se presenta una descripción general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para su utilización, aplicaciones, ventajas, desventajas y otras informaciones útiles para su selección. Nombre Ventaja Inconveniente Aceites, Alta capacidad, Control deficiente petróleo, cierre circulación, gas, aire, hermético, bajo mucha fuerza pasta coste, sencillo para accionar, semilíquida funcionamiento, cubierta o cerrada poca resistencia por completo, uso a circulación poco frecuente Servicio Alta capacidad. Requiere alta general, Bajo coste. torsión (par) para pastas Cierre accionarla. Válvula de semilíquida hermético. macho s, líquidos, Válvula de compuerta Aplicación vapores, gases, corrosivos Funcionamiento rápido Desgaste del asiento. Fotografía Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Válvula de globo Servicio Control preciso Gran caída de general, de la presión. líquidos, circulación. vapores, gases, corrosivos, Disponible con Costo relativo elevado orificios múltiples pastas semilíquida Válvula de bola Larga vida Servicio Bajo costo. Alta Alta torsión para general, capacidad. accionarla. altas Corte temperatur bidireccional as, pasta Circulación en semilíquida línea recta. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetadura Pocas fugas. Se limpia por si sola. Poco mantenimiento Servicio Ligera de peso, Alta torsión (par) general, compacta, bajo para accionarla. líquidos, costo.Requiere gases, poco .No tiene pastas bolas o semilíquida cavidades.Alta Válvula de s, líquidos capacidad.Circu mariposa con sólidos lación en línea en recta.Se limpia suspensión. por si sola. Capacidad limitada para caída de presión. 44 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Fluidos Bajo costo. No Diafragma corrosivos, tienen susceptible de materiales empaquetadura desgaste. Elevada pegajosos o s. No hay torsión al cerrar viscosos, posibilidad de con la tubería pastas fugas por el llena Válvula de semilíquida vástago. Inmune diafragma s fibrosas, a los problemas lodos, de obstrucción, alimentos, corrosión o productos formación de farmacéutic gomas en los os productos que 45 circulan. Válvula de apriete Pastas Bajo costo. Poco Aplicación semilíquida mantenimiento. limitada para s, lodos y No hay vacío. pastas de obstrucciones o minas, bolsas internas líquidos con que la sólidos en Difícil de determinar el tamaño obstruyan. suspensión,. Diseño sencillo. Tabla 8: Características de válvulas La versión prototipo de lo que se llamó “servo-válvula de gestión de aspiración” tuvo que adaptarse a lo que existía actualmente en el mercado a precios asequibles. Los elementos necesarios para la construcción de la pieza son frecuentes en el sector de jardinería y fontanería. Finalmente, fue necesaria la combinación de dos piezas para la construcción del prototipo del componente. El aspecto final de la válvula puede apreciarse en la figura inferior. Los materiales son fundamentalmente plásticos derivados Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 46 del PVC muy utilizados en fontanería. También se acopló una reductora para facilitar la labor del servomotor reduciendo el par necesario de éste. Figura 22: Fotografía aspecto final válvula prototipo La clave en el diseño de una válvula eficiente es la canalización del flujo de aspiración, procedente de la unidad aspiradora principal, hacia ambas salidas con la mínima pérdida de carga (los codos y ángulos rectos deben evitarse en la medida de lo posible). Las servo-válvulas son accionadores de tipo neumático o hidráulico que conectan dos o más vías por las que circula un fluido. La diferencia con las válvulas es que éstas son de tipo todo o nada, mientras que las servo-válvulas tienen la posibilidad de controlar la presión o el caudal. Como se explicó anteriormente, es necesario el preciso control de la bola interior de la válvula para canalizar correctamente la aspiración. El diseño óptimo canalizaría la aspiración con un ángulo entre los tubos de 120º. El servomotor iría integrado en la válvula para ahorrar espacio en el robot aspirador. Es preferible que el diámetro de las bocas de la válvula Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 47 sea menor que el diámetro del tubo de conexión entre aspiradora-válvula, base aspiración-válvula y brazo telescópico- válvula. De esta manera, se reducen las pérdidas de carga debido a los escalones producidos por las diferentes medidas de diámetros. La colocación de la servo-válvula de gestión de aspiración en la aspiradora robótica puede observarse en la fotografía inferior. Su emplazamiento depende fuertemente de la disposición de los elementos involucrados (aspirador, brazo telescópico y boca base) y de la minimización de codos y retorcimientos en los tubos de conexión. Los programas de modelado por ordenador permiten dar una imagen del modelo óptimo de dicha servo-válvula. Las dos figuras inferiores son producto de la utilización de dichos programas. Figura 23: Diseño teórico válvula Figura 24: Funcionamiento teórico de la servoválvula Para finalizar, en la figura inferior puede observarse el aspecto final de la servo-válvula en el robot aspirador prototipo. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 48 Figura 25: Vista inferior robot conexión servo- Figura 26: Vista en planta de robot válvula colocación servo-válvula 49 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 4 Diseño carcasa exterior La carcasa exterior, aunque elemento no imprescindible para el funcionamiento general, determina en gran medida la capacidad de acceso a rincones específicos y el movimiento del conjunto robot aspirador. No se trata únicamente de incorporar una carcasa con el fin de mejorar la estética general de producto, también cumple una importante labor estructural para la colocación de sensores y las posibilidades de navegación por la vivienda. La primera impresión es muy importante a la hora de adquirir un robot aspirador o un aspirador tradicional. Como revela un estudio realizado en Estados Unidos en una cadena de supermercados de gran superficie, el aspecto exterior y el tamaño son elementos clave para el cliente. El siguiente gráfico muestra las preferencias del mercado en distintos atributos propios del mercado de los aspiradores: Aspectos preferidos en la elección de un nuevo aspirador Manejable 10% Peso 15% Precio 42% Forma 10% Marca 13% Color 10% Gráfico 1: Preferencias del mercado Manejable Peso Forma Color Marca Precio Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 50 El óptimo en el diseño de la carcasa exterior de un robot aspirador es la conjugación de un bajo peso y buena resistencia, baja altura, atractivo diseño a bajo coste y una morfología adecuada para la labor que se quiere desempeñar. A continuación se justificarán cada una de las características: • Bajo peso y buena resistencia La carcasa exterior no debe suponer una carga importante para el robot aspirador. Se trata de conseguir un resultado lo más ligero posible con la máxima resistencia. En los últimos 10 años se ha desarrollado un amplio abanico de materiales que mejoran las prestaciones en cuanto a peso, precio y resistencia de los existentes anteriormente. Entre los nuevos materiales se encuentran: Fibra de vidrio: (del inglés Fiber Glass) es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos (espinrete) y al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra. Sus principales propiedades son el buen aislamiento térmico, inerte ante ácidos, soporta altas temperaturas. Estas propiedades y el bajo precio de sus materias primas, le han dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. Las características del material permiten que la Fibra de Vidrio sea moldeable con mínimos recursos, la habilidad artesana suele ser suficiente para la autoconstrucción de piezas de bricolaje tales como kayak, cascos de veleros, terminaciones de tablas de surf o esculturas, etc. Debe ser considerado que los químicos con que se trabaja su moldeo dañan la salud, pudiendo producir cáncer. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 51 Plásticos: Los plásticos son sustancias que contienen como ingrediente esencial una sustancia orgánica de masa molecular llamada polímero. En su significación más general, el término plástico, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental (aunque algunos tipos tarden 500 años en degradarse) y biológica. Son baratos, tienen una baja densidad, son impermeables, aislantes eléctricos y térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas elevadas. Su quema es muy contaminante. Son resistentes a la corrosión y a estar a la intemperie. Grafito: o fibra de carbono es un material compuesto no metálico de tipo polimérico. Está formado por una matriz parte del material llamada fase dispersante que da forma a la pieza, también llamada resina que contiene un refuerzo o fase dispersa a base de fibras, en este caso de carbono -cuya materia prima es el polietilnitrilio-. Es un material muy caro, de propiedades mecánicas elevadas y ligero. Al igual que la fibra de vidrio, es un caso común de metonímia, en el cual se le da al todo el nombre de una parte, en este caso el nombre de las fibras que lo refuerzan. Las propiedades principales de este material compuesto son su elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado, baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero, elevado precio de producción, resistencia a agentes externos, gran capacidad de aislamiento, resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable y buenas propiedades ignífugas. 52 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador El siguiente cuadro muestra una tabla con los pesos de algunos modelos de aspiradores inteligentes presentes en el mercado. MODELO PESO ROOMBA 2.9 Kg uBOT 8.12 Kg Infinuvo CleanMate 3.2Kg Tabla 8: Comparativa pesos aspiradores robóticos Un indicador de la calidad del producto es el peso del robot que da el fabricante. Al tratarse de un producto muy orientado a la economía de costes, suele seleccionarse el plástico como material de confección de la carcasa exterior. El plástico ofrece grandes ventajas para la producción a grandes escalas ya que la técnica de inyección únicamente precisa de un molde patrón Los modelos más avanzados tecnológicamente y de precio más elevado, sí incorporan otros materiales como la fibra de vidrio. Para el prototipo de aspirador robotizado realizado en el proyecto se utilizó plástico como material de confección de la carcasa exterior aunque fue necesario adaptar en gran medida la forma del conjunto a las formas disponibles en el mercado. • Baja altura 53 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador La altura del robot aspirador es una de las características más importantes en el diseño de la carcasa del robot aspirador. Un buen diseño debe mezclar un relieve mecánico minimizado para lograr ventajas en cuanto a la navegación se refiere. Bajas alturas del conjunto se traducen en acceso a nuevos rincones del hogar y consecuentemente mejora de la superficie disponible para aspirar. Conseguir una baja altura, significa estar tecnológicamente avanzado debido a que el diseño de la bolsa de aspiración, motores de tracción y el propio motor aspirador se complica. El siguiente cuadro muestra un resumen de la altura de diversas aspiradoras inteligentes presentes hoy en el mercado. MODELO ALTURA ROOMBA 7.03 cm uBOT 18 cm Infinuvo CleanMate 9.4 cm Tabla 9: Comparativa altura aspiradores robóticos En el caso de la altura, también es un importante indicador de calidad y tecnología. Ubot, de 18cm de altura, no cuenta, en general, con gran calidad en sus componentes ni puede presumir de liderazgo en el mercado. El modelo prototipo tiene una altura de 27 cm, que es una altura muy parecida a la del fabricante uBOT que cuenta con un producto comercial. • Atractivo diseño a bajo coste y adecuada morfología 54 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador La cubierta del robot aspirador no es aconsejable que supere el 6 % del coste de materiales. Los clientes y la sociedad en general tienen inercia al cambio de gusto por cambios en la moda etc… Es muy interesante realizar un diseño que permita el cambio de carcasas fácil y rápidamente. Este hecho mejorará el tiempo de reparación en caso de producirse daños y añadirá un toque de personalización en el producto. A continuación, pueden observarse algunos de los diseños presentes hoy en el mercado. Robot Vacuum Cleaner Robot Vacuum Cleaner II Auto Vacuum Cleaner Robot Cleaner Dyson DC1 Smart Multifunction Tabla 10: Comparativa diseños carcasa exterior robots aspiradores 55 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Existe un claro dominio de los diseños circulares debido a su simplicidad en la algoritmia de programación del robot aspirador y a los buenos resultados que con relativamente “ poca inteligencia ” se consiguen. Los productos más innovadores y menos asequibles, por su alto precio de venta al público, cuentan con una morfología algo más estudiada para mejorar la eficiencia en lo que respecta al comportamiento de aspiración general. Es muy común la introducción del voluminoso sensor de contacto frontal en la mayoría de las unidades. El 99% de los modelos no cuentan con abrazaderas para facilitar la acción humana de desplazamiento. La simetría en el aspecto es denominador común en todos los fabricantes. La morfología circular que la mayoría de los aspiradores adopta, queda muy justificada por la ventaja que ofrece para hacer frente a los obstáculos que, normalmente, aparecen en los hogares (generalmente nos enfrentamos a los ángulos rectos presentes en esquinas o patas de silla, con una estructura circular podemos evitar quedar atascados), por la necesidad de situar los distintos componentes (motores, cepillos, bolsa aspiradora) en un mismo plano (para lograr mantener una altura lo más baja posible). Finalmente presentamos una imagen del diseño futuro del robot aspirador y del aspecto del prototipo realizado en el proyecto. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Figura 27: Diseño carcasa teórica 56 Figura 28: Diseño carcasa prototipo La apertura superior practicada en la carcasa del prototipo cumple la función de alojar la PDA de control. Se realizó una compuerta en dicho hueco para proteger de suciedad y golpes a la PDA. También, fue necesaria la incorporación del sensor de contacto que aparece en la figura del prototipo de color gris plata. Un esquema general con otras vistas de las partes principales de la carcasa exterior prototipo puede observarse en las figuras siguientes: Figura 29: Vista en planta carcasa teórica Figura 30: Vista de perfil carcasa teórica Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 57 Como puede observarse en la vista en planta de la figura 29 el sensor de luminosidad para el encendido automático de luces se sitúa en la parte más alta de la carcasa. La carcasa incluye 10 diodos LED que cumplen la función de señalizar la posición del robot en la oscuridad. Se realizó una ventana de refrigeración con el fin de poder observar la electrónica desde el exterior (únicamente interesante en la versión prototipo). La función de refrigeración la cumple por establecer el contacto entre la temperatura interior y exterior del robot aspirador prototipo. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 58 5 Elección motores tracción La elección de los motores que dotarán de movimiento al robot aspirador supone la determinación de los parámetros básicos de su funcionamiento. Aspectos como la velocidad, la potencia, el peso y la forma movimiento, quedan configurados con el diseño de este elemento. El primer paso para la elección de los motores de tracción comienza por determinar el tipo de movimiento que se quiere dar al robot. Existen varias soluciones, pero la más utilizada en robots aspiradores es el sistema de dirección diferencial o “differential drive” en inglés. Este sistema puede concebirse como una única rueda loca pasiva y dos ruedas motrices de tracción independiente. En robótica es muy utilizado debido a su sencillez, aunque cuente con el inconveniente de la falta de estabilidad al desplazarse hacia los extremos el centro de gravedad del robot en cuestión. Se adoptó el sistema de dirección diferencial para el movimiento del robot aspirador, serían necesarios dos motores de corriente continua de imanes permanentes con reductora incorporada. Los motores de corriente continua (DC) suelen controlar el giro de las ruedas de los robots móviles y algunos incluyen un grupo reductor que proporciona un buen par de fuerza y una gran estabilidad en la velocidad de giro. Son motores de baja inercia en los instantes de arranque y parada. Suelen admitir un amplio rango de alimentación en DC y tienen un peso y tamaño reducidos. Este tipo de motores proporcionan un par proporcional al voltaje de entrada, lo que significa que tienen una regulación precisa. Sin embargo no disponen de recursos para saber el ángulo girado y tiene que trabajar Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 59 en lazo cerrado con sensores para controlar el ángulo girado. La siguiente figura muestra un esquema de la cinemática del sistema de dirección diferencial: Figura 31: Esquema cinemática de dirección diferencial Las ecuaciones que rigen el movimiento de este tipo de sistema son: V = R ⋅ (ω1 + ω 2) 2 Ω= R ⋅ (ω1 − ω 2) D El radio de curvatura viene determinado por Siendo: Ω : Velocidad angular del móvil V: Velocidad lineal del móvil V Ω Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 60 ω1 yω 2 : Velocidades angulares de las ruedas R: Radio de curvatura D: La longitud del eje Determinados el número de motores, debe seleccionarse la potencia que han de desarrollar. El primer paso fue cuantificar el peso del robot, que sería de aproximadamente 9 Kg. El coeficiente estático de rozamiento fue determinado experimentalmente como se muestra en la figura inferior: Figura 32: Esquema de fuerzas sobre robot aspirador Como vemos en la figura superior, las fuerzas que actúan sobre el robot aspirador son, el peso mg, la reacción del plano inclinado N, y la fuerza de rozamiento, opuesta al movimiento. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 61 Como hay equilibrio en sentido perpendicular al plano inclinado, la fuerza normal N es igual a la componente perpendicular al plano inclinado del peso. N=mg cos θ Si el bloque se mueve con velocidad constante (aceleración cero) la componente del peso a lo largo del plano inclinado es igual a la fuerza de rozamiento. mg sen θ =Fr Como el bloque se está moviendo la fuerza de rozamiento es igual al producto del coeficiente de rozamiento cinético por la fuerza normal. Fr= µ kN Con estas ecuaciones, obtenemos que la medida del coeficiente de rozamiento por deslizamiento que viene dado por la tangente del ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal. A este ángulo, para el cual el movimiento del bloque es uniforme, se le suele denominar ángulo crítico. µ k= tan θ Queda entonces demostrado que elevando el robot aspirador hasta el ángulo de deslizamiento, podemos calcular el coeficiente de rozamiento estático entre las ruedas y el plano inclinado. Para el experimento se utilizó una plancha de madera barnizada y el ángulo a partir del cual se producía el deslizamiento fue de 42º. La velocidad del robot aspirador debía elegirse con cuidado de no ser demasiado exigente teniendo en cuenta el peso del robot prototipo. 62 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Realizando un estudio de la competencia se elaboró un cuadro resumen con las velocidades de algunos de los robots aspiradores presentes en el mercado. El cuadro siguiente muestra dicho resumen: Modelo de Robot Velocidad en centíemtros/segundo uBOT 20 Vs Electronics 20 RoboCleaner 3000 20 Roomba SE 20 Tabla 11: Comparativa de velocidades robots aspiradores Como se aprecia en el cuadro superior, todas las aspiradoras analizadas cuentan con una velocidad de desplazamiento en llano de 20 cm/s. La versión prototipo del robot únicamente se desplaza a 10 cm/s. Aunque pudiese parecer que el prototipo se encuentra el último de la cola, en lo que a velocidad se refiere, debe señalarse que la responsabilidad de la baja velocidad recae fundamentalmente en la utilización de baterías de plomo ácido. Estas baterías cuentan con una densidad de potencia por unidad de peso muy inferior a las utilizadas en los robots aspiradores comerciales que suelen ser del tipo Ni-MH o Ni-Cd. Conocido el coeficiente de rozamiento, el peso del robot y la velocidad de desplazamiento, se pude calcular la potencia necesaria de los motores como: Fapp = µ k ⋅ m ⋅ g = 0.9 ⋅ 9 Kg ⋅ 9.81 m = 79.46 N s2 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Pm ( teórica ) = Fapp ⋅ v = 79.46 N ⋅ 0.1 63 m = 7.946W ≈ 8W s Pmotores ( real ) = 4 ⋅ 8W = 32W El factor de 4x está recomendado en el capítulo de selección de motores del “Seminario de Diseño y Construcción de Microrrobots 2001” del profesor D.Jesús Ureña Ureña de la Universidad de Alcalá de Henares. Mediante los cálculos, se conoce la potencia necesaria de los motores para mover el robot en llano (unos 32W). Se buscaron varios modelos de motores de corriente continua y se dio con uno que daba 19.2W trabajando a una tensión nominal de 24V. Este motor fue la elección final debido a la potencia que suministraban, considerando que el robot aspirador tuviese que subir pendientes de hasta 15º. Los cálculos serían los siguientes: Fapp = µ k ⋅ m ⋅ g ⋅ cos θ + m ⋅ g ⋅ senθ = 99.6 N Pm ( teórica ) = Fapp ⋅ v = 99.6 N ⋅ 0.1 m = 9.96W ≈ 10W s Pmotores ( real ) = 4 ⋅ 9.96W = 39.84W Los motores que se seleccionaron para el movimiento en llano podrían dar unos 19.2x2=38.4W que es prácticamente la potencia requerida en el caso de pendientes de hasta 15º. Una ventaja de trabajar con tensiones más altas es la disminución de la corriente necesaria para dar la misma potencia. Así, si se hubiesen Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 64 seleccionado un modelo de motores que trabajase a doce voltios de tensión nominal serían necesarios 1.6 amperios de corriente nominal para conseguir la misma potencia. Superar la barrera del amperio en el funcionamiento de los motores de tracción, supone la utilización de un driver para los motores de más capacidad y la introducción de un disipador en el circuito actuador de dichos motores. También, hay otras consecuencias como son la reducción de la sección del cableado y el empleo de dos baterías de doce voltios en serie ya que no existen de veinticuatro voltios en el mercado. Por último, queda justificar la colocación de los motores en el robot aspirador. Los motores se colocaron delante del brazo telescópico (el brazo telescópico pesa unos 400 gramos) para evitar el cabeceo del conjunto. Situando el brazo telescópico en la mitad de la planta del robot, el centro de masa del conjunto con mucha probabilidad se posicionaría en el centro del robot. Este hecho, asegura estabilidad frente a cabeceos ya que los motores barredores fueron instalados en el borde exterior del robot. Por último se muestra una figura con la colocación de los motores en el robot aspirador prototipo. Figura 33: Colocación de motores de tracción en robot aspirador Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 65 6 Diseño e implantación barredores laterales (Sweepers) La idea de incorporación de los barredores laterales se encuentra inspirada en las barredoras para la limpieza viaria. Su principal finalidad es la de concentrar las partículas de suciedad en la parte central del robot, para facilitar la absorción de dichas partículas por la boca base del robot aspirador. Los barredores también cumplen otra función importante en la limpieza y es la desincrustación de la suciedad más adherida al suelo. En el mercado, gran parte de los modelos de robots aspiradores incluyen una serie de cepillos. Los sistemas de barrido que utiliza cada fabricante se encuentran frecuentemente patentados. La eficacia en la limpieza de partículas depende en un ochenta por cien del sistema de cepillos y en un veinte por cien del sistema aspirador, hasta el límite de que algunos fabricantes como Balai han eliminado la aspiración por completo en alguno de sus modelos. El sistema seleccionado para desempeñar la canalización y el barrido en el robot aspirador prototipo, consiste en un conjunto de dos discos giratorios paralelos al suelo accionados por dos motores independientes. Los discos giran en sentido contrario uno del otro como se muestra en la figura inferior. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 66 Figura 34: Esquema funcionamiento mecánico de barredores laterales La velocidad angular de giro de los cepillos no debe ser necesariamente elevada. Una alta velocidad de giro proyectaría la suciedad hacia el exterior o la haría rebotar contra las cerdas del otro cepillo. Para la versión prototipo, se utilizaron dos motores de doce voltios de corriente continua que giran a ciento veinte revoluciones por minuto ( dos vueltas cada segundo). Los motores deben ser de par elevado, porque no olvidemos que al pasar por alfombras y superficies poco deslizantes el rozamiento es mayor entre el suelo y cepillo. A continuación se comentarán algunos de los más avanzados sistemas de cepillos que han incorporado algunos de los fabricantes a sus robots aspiradores. El primer modelo a comentar será la tan comentada ROOMBA SE de iRobot. La figura siguiente muestra el sistema de cepillos del modelo europeo que consta de tres fases: Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 67 Figura 35: Sistema cepillos utilizado por iRobot en ROOMBA De la figura superior merece la pena comentar el complicado y al mismo tiempo ingenioso sistema de cepillos que utiliza el aspirador. Puede observarse como el conjunto de cepillos va elevando poco a poco y por etapas las partículas más grandes para lograr disminuir la potencia necesaria de aspiración por la diferencia de alturas. El diseño utilizado por iRobot es eficaz, pero cuenta con el inconveniente de quedar atascado con los flecos de las alfombras y es de difícil limpieza y mantenimiento. El modelo Trilobite de Electrolux apuesta por otro sistema de cepillos más sencillo. Un único rodillo y una aspiradora son los encargados de conseguir la limpieza de la suciedad. La figura siguiente muestra un aspecto general del sistema: Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 68 Figura 36: Sistema cepillos utilizado por Electrolux en Trilobite La ventaja del sistema de Electrolux sobre el de iRobot es la simplicidad y rapidez del mantenimiento y el abaratamiento de los repuestos por constar de un único cepillo. Otro apartado importante es la elección del tipo de cerdas que incorporará el elemento giratorio. En el mercado hay disponibles varios tipos de cerdas entre las que destacan las de cepillo, las de aro y las de rodillo. El siguiente cuadro muestra una clasificación de los tipos de cepillos utilizados en robots aspiradores con sus ventajas e inconvenientes: 69 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Tipo cepillo y fotografía Ventajas Inconvenientes Eleva la altura del Permite no tener que acercar el anillo giratorio al suelo. Bueno con alfombras. Fácil mantenimiento. Cepillo Scarab tipo cepillo conjunto robot aspirador. Poco eficaz con partículas pequeñas. Precio más elevado que el cepillo aro sencillo. Cerdas Eficaz con no reemplazables, partículas de es necesaria la tamaño medio y sustitución del grande. cepillo completo. Peso mayor que el cepillo tipo Scarab anterior. Muy eficaz con partículas de pequeño tamaño. Cepillo Tennant tipo aro Cerdas no reemplazables, es necesaria la sustitución del Permite reducir cepillo completo. la altura del Mal robot aspirador. comportamiento Mantenimiento con alfombras muy sencillo. por alto rozamiento. Mucha potencia necesaria. 70 Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador Cepillo Hako tipo aro Muy eficaz con Peso ligero. partículas de Cerdas no gran tamaño. reemplazables. Permite Nula eficiencia reducir altura con partículas del robot. pequeñas. Mantenimiento Buen no necesario. comportamiento Más barato ante navegación que cepillo sobre alfombras tipo Tennant del robot. Tabla 12: Comparativa características de cepillos barredores El diseño de cepillo que se propone en el prototipo, consiste en un cepillo mixto entre el tipo Scarab y el tipo Tennant. Las cerdas del diseño del prototipo son del tipo cepillo pero la estructura soporte se asemeja más al tipo Tennant. Además, se introduce la idea de cerdas repuesto sin necesidad de adquirir una estructura de sujeción nueva. Para lograr este comportamiento, se recurre al velcro. El sistema velcro fue inventado en el año 1941 por George de Mestral. Se trata de un ingenioso sistema que ha tenido múltiples usos, en aparatos domésticos, en fábricas y oficinas y en cualquier producto que deba ser unido en dos partes. Consiste en un sistema de apertura y cierre rápido, que cuenta en un lado con unos ganchos más o menos deformables que se agarran a una tira de fibras enmarañadas. Para más información sobre cepillos visitar : http://www.isidrotorras.net, última visita Febrero 2007. Memoria. Diseño mecánico del robot aspirador 71 Para finalizar con el apartado de diseño e implantación de barredores laterales se muestra en la figura inferior el aspecto final de acabado. No se incorporaron las cerdas con el velcro para no complicar demasiado la figura. Pueden apreciarse los elementos barredores secundarios que tienen como misión arrastrar las partículas más externas a los discos giratorios. Figura 37: Colocación final de los barredores laterales Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 72 Capítulo 3 DISEÑO ELECTRÓNICO DEL ROBOT ASPIRADOR El diseño electrónico comprende aquellos circuitos que incorpora el robot aspirador para la correcta activación de los distintos elementos y funciones del robot aspirador. 1 Diseño del actuador motor aspirador El actuador del motor aspirador tiene como misión la traducción de la débil señal generada por el microprocesador del robot, en el encendido o apagado de un elemento de gran potencia como es el motor de la aspiradora. Estudiando el data sheet del microprocesador utilizado para el control de todos los elementos del robot aspirador, puede encontrarse el valor de máxima corriente y tensión de salida por las patillas del mismo. Estos valores son de unos 25mA para la corriente total por puerto y 5V para la tensión. La máxima potencia de salida es pues 5Vx 25mA= 0.125W. Si Figura 38: Tarjeta actuadora motor aspirador Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 73 comparamos este último dato con la potencia del aspirador, que es de 60W, comprendemos que es necesaria la incorporación de un bloque intermedio para actuar sobre el motor aspirador. Para ello se diseño la “tarjeta actuadota del motor aspirador” mostrada en la figura inferior: Las entradas de la tarjeta actuadora son la señal de activado del aspirador y alarma (acústica y luminosa) por el microprocesador, la tensión de alimentación para el transistor que excita el circuito de mando del relé y la tensión de alimentación de 6V para el motor aspirador. La salida de la tarjeta actuadora la configura los cables de conexión al motor aspirador. A continuación describiremos el proceso de diseño del actuador. En primer lugar, para diseñar el actuador, se debe conocer el tipo de control que queremos ejercer sobre el motor aspirador. No tiene mucho sentido establecer un control de potencia absorbida, pues difícil sería establecer cuando hay mucho polvo o poco polvo en la habitación. Se trata pues de un control lógico ( no lineal ), esto es, de encendido o apagado del aspirador según dicte la señal procedente del microprocesador. Una vez establecido el tipo de control debe seleccionarse el elemento, en este caso, conmutador. Se utilizará un relé para conmutar entre el estado apagado o encendido del motor aspirador. Un relé o relevador (del francés relais, relevo) es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán, acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835. El relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de 74 Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, una forma de amplificador eléctrico. En el mercado actual existen gran variedad de tipos de relés entre los que destacan para nuestra aplicación: Relés tipo electromecánico: Un relé de tipo electromecánico basa su funcionamiento en un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Al ser el relé utilizado en la construcción del robot aspirador prototipo se adjunta una figura explicativa de su funcionamiento: Figura 39: Esquema funcionamiento de un relé electromecánico Relés de estado sólido: Un relé de estado sólido, como su nombre lo indica, es un dispositivo que utiliza un interruptor de estado sólido (por ejemplo un transistor o un tiristor), en lugar de contactos mecánicos (como los de los relés normales), para conmutar cargas de potencia a partir de señales de control de bajo nivel. Estas últimas pueden provenir, por ejemplo, de circuitos digitales y estar dirigidas a motores, lámparas, solenoides, calefactores, etc. El aislamiento entre la circuitería de control y la etapa de potencia lo proporciona generalmente un optoacoplador. La 75 Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador conmutación propiamente dicha puede ser realizada por transistores bipolares, MOSFETs de potencia, triacs, SCRs, etc. Un relé de estado sólido ofrece varias ventajas notables respecto a los tradicionales relés y contactores electromecánicos: son más rápidos, silenciosos, livianos y confiables, no se desgastan, son inmunes a los choques y a las vibraciones, pueden conmutar altas corrientes y altos voltajes sin producir arcos ni ionizar el aire circundante, generan muy poca interferencia, proporcionan varios kilovoltios de aislamiento entre la entrada y la salida, físicamente de menor tamaño, etc… Las características del relé electromecánico utilizado en la tarjeta actuadora del motor aspirador son: tensión de mando 12V, corriente máxima 16A, corriente de excitación 30mA y un único circuito de contacto normalmente abierto. El relé se encuentra sobredimensionado en corriente máxima por el circuito de potencia. Esta es una práctica muy común al trabajar con motores pues no olvidemos que en el arranque se producen picos de corriente. El motor aspirador alimentado a tensión nominal de 6V necesita de 10A de corriente, por lo tanto se sobredimensionó en un 60%. Al trabajar con relés y motores eléctricos debemos considerar la incorporación de diodos de protección para la descarga de las bobinas (bobina del motor y bobina del relé). Para la descarga de energía del motor aspirador se utilizó un diodo de potencia BYW80-200, que tiene una capacidad de conducción de corriente en régimen continuo de 8A y de 16A en picos de corriente con frecuencias menores a los 20kHz. Para finalizar, debe señalarse la incorporación de un microinterruptor para el apagado de la alarma acústica (que podría resultar molesta), un fusible de 16ª para la protección del conjunto en caso de cortocircuito y un Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 76 diodo LED que señaliza la conmutación del relé, para solución de posibles averías en el circuito. Puede consultase el apartado de planos para una información más detallada del circuito tarjeta actuadora motor aspirador. 2 Actuador barredores laterales (Sweepers): El diseño del actuador de los barredores laterales es muy similar al diseño del actuador del motor de aspirador. Para este caso también se utilizó un relé electromecánico para la conmutación lógica entre los estos de apagado o encendido de los barredores laterales. No tiene sentido controlar la velocidad de los barredores laterales, pero debemos apagarlos cuando nos encontremos extendiendo el brazo telescópico. Las características técnicas de los motores seleccionados para la implantación de los barredores laterales determina en gran medida el diseño del actuador. Los motores, como pudo observarse en el capitulo primero apartado sexto “Diseño e implantación de barredores laterales” del presente proyecto, cuentan con una tensión nominal de 12V y una corriente nominal de 600mA. No hay que olvidar que el diseño de los barredores cuenta con dos motores de iguales características. Las propiedades del relé electromecánico de la tarjeta actuadora, de los barredores laterales, son 12V de tensión de mando, 10A de corriente máxima y dos circuitos. En este caso, la corriente máxima se encuentra muy sobredimensionada pero el precio de los relés en este rango de corriente es muy parejo. En la figura siguiente puede observarse el aspecto final de la tarjeta: Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 77 Figura 40: Tarjeta actuadora de barredores laterales Las entradas de la tarjeta son la entrada de tensión de alimentación al transistor de excitación del circuito de mando del relé, la entrada de alimentación a los motores (se prefirió colocar un conector para que en futuros desarrollos se pudiesen conectar motores de otras características) y la señal lógica de control procedente de microprocesador. Las salidas son las bornas de conexión a los motores de los barredores laterales. Se incluyó un diodo LED para señalizar la conmutación del relé y así facilitar la labor de detección de posibles fallos en el circuito. Para más información sobre el diseño de la tarjeta actuadora de los barredores laterales se recomienda observar los planos adjuntos en el presente proyecto. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 78 3 Diseño actuadores motores de tracción y brazo telescópico: El control de los dos motores destinados a dotar de movimiento al robot aspirador no puede ser de tipo lógico. Es necesario el control de la velocidad y el sentido de giro de ambos motores independientemente. El eje de los motores de c.c. no gira ángulos discretos sino que puede ubicarse en cualquier posición. Sin embargo, no pueden funcionar sin realimentación puesto que no disponen de información sobre su posicionamiento sobre el eje. El motor de c.c. debe llevar un detector de posición e informar de la misma al sistema de control. Este motor está compuesto por una bobina que se arrolla sobre un eje giratorio y que se halla dentro de un campo magnético generado por un imán permanente que los rodea. Las bobinas giratorias se llaman inducido (rotor) y el imán permanente inductor (estator). Por la bobina giratoria circula una corriente procedente de la tensión de alimentación aplicada a los bornes de dicha bobina. Cada media vuelta se invierte el sentido de giro de la corriente por la bobina, produciéndose fuerzas de atracción y repulsión que mantienen al inducido en movimiento. Para el control de motores de c.c. de alta potencia se usa la rectificación por tiristores y para bajas potencias (<10Kw) se usan los transistores de potencia. Existen varias técnicas para resolver el problema según José M° Angulo Usategui, Susana Romero Yesa y Ignacio Angulo Martínez. autores del libro “Microbótica Tecnología, Aplicaciones y Montaje Práctico”, entre ellas destacamos: Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador • 79 Rectificación controlada por silicio: Si la potencia a regular es grande se utiliza el tiristor. Cuando se polariza directamente el tiristor (positivo al ánodo y negativo al cátodo) el diodo se hace conductor cuando la puerta recibe un impulso positivo de tensión. Se utilizan puentes de Graetz con un tiristor en cada rama. • Conmutación electrónica: Si la potencia a regular es pequeña se regula el tiempo y el sentido de la corriente por las bobinas del motor mediante transistores de potencia y circuitos integrados. Las configuraciones básicas son el Puente en H y el Puente en T. El Puente en H usa 4 transistores de potencia y una sola fuente de alimentación. Funcionan los transistores dos a dos bloqueados o conduciendo. Si una de las parejas conduce la otra está cortada. Regulando el tiempo de conducción o bloqueo se varía la velocidad y regulando la pareja que conduce se regula el sentido de la intensidad. El Puente en T usa dos transistores de potencia y dos fuentes de alimentación. • Modulación de anchura por pulsos (PWM): Este método se basa en aplicar la potencia al motor mediante impulsos de amplitud variable, cuanto mayor duración tengan los pulsos en los que se aplica la alimentación, mayor potencia recibirá el motor. El generador de los impulsos que controla los conmutadores que alimentan al motor produce impulsos a la misma frecuencia pero con una anchura variable de la parte positiva para acomodarse al carga y ala velocidad requerida. • Modulación de la frecuencia de pulsos (PFM): En lugar de variar la anchura de los pulsos manteniendo la frecuencia, en este método se mantiene la anchura de los impulsos pero se varía la frecuencia de los mismos, con lo que se obtiene unos resultados semejantes. La anchura de pulso no varía, pero si la frecuencia con la que se produce. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 80 Para el control de los motores se utilizó el integrado L293B. Se trata de un driver de 4 canales capaz de proporcionar una corriente de salida de hasta 1A por canal. Cada canal es controlado por señales de entrada compatibles TTL y cada pareja de canales dispone de una señal de habilitación que desconecta las salidas de los mismos. Dispone de una patilla para la alimentación de las cargas que se están controlando, de forma que dicha alimentación es independiente de la lógica de control. Al principio, se pensó en la utilización de una de otras dos variantes del driver anterior, el L293D y el L298. El L293D es muy similar al driver finalmente implantado para el control de motores de tracción del robot aspirador prototipo. La diferencia fundamental es que el L293D lleva incorporados los diodos correspondientes de protección para la descarga de corriente de las bobinas. El inconveniente es que únicamente ofrece 600mA por canal, que es inferior a los 850mA que necesitan cada uno de los motores utilizados. El integrado L298, más sofisticado que los anteriores, incluye una capacidad de salida de 4A de corriente y sensado de la tensión de salida para el establecimiento de controles y protecciones de sobretensión. Fue descartado por su precio en comparación con el L293B y por no requerirse tanta corriente de salida en nuestra aplicación. El esquema de funcionamiento del driver L293B utilizado es el siguiente: Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 81 Figura 41: Esquema del integrado L293B Cada canal o driver es controlado por medio de una señal de control compatible TTL (no superior a 7V) y los canales se habilitan de dos en dos por medio de las señales de control EN1 (canal 1 y 2) y EN2 (canal 3 y 4), en la siguiente tabla vemos el funcionamiento de las entradas y como responden las salidas. En la siguiente tabla se aprecia el funcionamiento de las entradas y como responden las salidas. ENn INn OUTn H H H H L L L H Z L L Z Tabla 13: Funcionamiento entradas y salidas L293B Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 82 Así pues, se observa que poniendo a nivel alto la entrada de habilitación “EN” del driver, la salida de este “OUT” pasa de alta impedancia al mismo nivel que se encuentre la entrada del driver “IN” pero amplificado en tensión y en corriente, siendo esta de 1ª máximo. La tensión de alimentación del circuito integrado no es la misma que se aplica a las carga conectada a las salidas de los drivers, y para estas salidas se a de alimentar el driver por su patita número 8 (Vs), la tensión máxima aplicable a estas patitas es de 36V . Como este integrado no dispone de disipador, el fabricante recomienda hacer pasar una pista ancha de circuito impreso por las patitas de masa que junten todas estas y al mismo tiempo haga de pequeño disipador térmico. La figura inferior muestra la integración de los motores en el driver. Para tener el control de dos direcciones o bidireccional se usan dos drivers del L293B conectando sus salidas a los polos del motor, entonces podremos cambiar la polaridad de alimentación del motor con tan solo cambiar de estado las entradas de los drivers. Por ejemplo, para que el motor gire hacia la derecha se energizará la entrada “A” a nivel alto “1” y “B” a nivel bajo “0” y para hacer girar el motor a la izquierda se tendrán que invertir las señales de entrada de tal manera, la entrada “A” a nivel bajo “0” y “B” a nivel alto “1”. Los diodos son como en el caso anterior para proteger el integrado de corrientes inversas. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 83 Figura 42: Conexión de motores tracción al driver L293B Para el control del brazo telescópico también se utilizó el driver L293B, aunque se desaprovechara una mitad del integrado. Recordemos que el motor de la antena eléctrica era de 12W de potencia y 12V de tensión nominal. Aunque la corriente que manejaría el driver del brazo telescópico es justamente la máxima que indica el fabricante, al no utilizarse el brazo continuamente durante la limpieza de habitaciones se descartó la utilización del L298. La suposición del buen funcionamiento del brazo se comprobó mediante pruebas y experimentación. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 84 4 Diseño sensor luminosidad En este apartado se explicará el diseño del sensor de luminosidad incorporado en el robot aspirador. El objetivo es establecer un sistema de medida y control de la intensidad luminosa del ambiente para señalizar selectivamente la presencia del robot en la habitación. Para ello se utilizará una fotorresistencia como sensor de intensidad luminosa y un conjunto de diez diodos LED para la señalización. El sistema mantiene constante e igual a una consigna externa la intensidad luminosa medida por el sensor, mediante un control de la alimentación a los diodos LED. Las aspiradoras robóticas presentes hasta hoy en el mercado no incluyen ningún tipo de señalización para la localización del aspirador durante su actividad nocturna. La fotografía siguiente muestra el aspecto final de la placa de señalización luminosa: Figura 43: Placa de señalización luminosa del robot aspirador Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 85 El proceso de acondicionamiento del sensor de luminosidad es el siguiente: Se necesita que la consigna de intensidad luminosa sea lineal en el rango 0v (40lux) a 10v (400lux). Se deberá diseñar un acondicionador cuya salida sea aproximadamente lineal con la intensidad luminosa medida por el sensor. El control diseñado será de tipo proporcional. (aunque exista algún error en el valor de luminosidad alcanzado será imperceptible para la vista humana). Para su construcción se emplearon los siguientes elementos: operacionales LF411,un transistor bipolar de potencia BD137, un conjunto de diez diodos LED y una fotorresistencia VT43N2. El sistema a diseñar se encontrará en realimentación negativa en lazo cerrado. La realimentación será la encargada de corregir la salida para intentar hacerla igual que la consigna deseada. Consta de 3 bloques: -Regulador: Será el encargado de aplicar la tensión de mando necesaria para que el actuador corrija a la bombilla. -Sensor y acondicionamiento: Medirá la intensidad luminosa de la bombilla dándonos una señal en tensión que restaremos a la consigna deseada. -Actuador y planta. La labor del actuador la realizará el transistor de potencia que alimentará a la bombilla que se situará en su emisor. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 86 Figura 44: Diagrama de bloques del sistema de control de iluminación Las etapas para la realización del diseño fueron las siguientes: - Linealización del sensor. - Acondicionamiento del sensor a la característica entrada/salida deseada. - Diseño de Regulador y Actuador LINEALIZACIÓN DEL SENSOR: El sensor fotoresistivo utilizado es de características claramente no lineales, es necesario realizar un circuito de acondicionamiento para conseguir la característica de salida deseada. 87 Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador El primer procedimiento utilizado para conseguir una aproximación a la linealidad es posicionar el sensor fotorresistivo en paralelo con una resistencia previamente seleccionada. La selección de esta resistencia plantea un compromiso a la hora de elegir la sensibilidad del sensor. Resistencias pequeñas se traducirán en poca sensiblidad, muy pequeñas variaciones de resistencia para variaciones de luz. Resistencias grandes se traducirán en mucha sensibilidad, dependemos mucho de los valores de las resistencias. Tras un estudio exhaustivo se decidió que la resistencia en paralelo fuese de 3.3k ohms. Esta resistencia se encuentra disponible con precisión al 5% en el mercado. Ahora mostramos la característica L-R (lux-Resistencia) obtenida. 7000 6000 5000 Real Paralelo Linealizado Linealizado 2 4000 3000 2000 1000 0 0 100 200 300 400 Grafico 2: Linealización del sensor de luminosidad La recta amarilla señalada en la leyenda como Linealizado corresponde a la recta de ajuste por el método de regresión lineal de Pearson de mínimos Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 88 cuadrados. Esta recta correspondería a la de mínimo error posible considerando el rango de trabajo utilizado. Se decidió no utilizar esta característica de L-R ya que se comprobó que en condiciones normales de trabajo en el laboratorio nos situaríamos entorno a unos 100 lux que sumados a la intensidad luminosa de la bombilla podría llevarnos fácilmente a valores de unos 300-450 lux. La recta correspondiente sería R = -4.48L + 1892 La recta morada señalada como Paralelo corresponde a la característica obtenida una vez introducida la resistencia en paralelo con el sensor fotorresistivo. La recta azul señalada como Linealizado2 corresponde a la característica obtenida escogiendo únicamente 2 puntos de la recta marcada como Paralelo. Estos puntos seleccionados fueron P1(150,880) y P2(370,508) obteniendo una recta de ecuación R= -1.7L + 1137. Esta es la característica que se consideró conveniente utilizar para el circuito de acondicionamiento por las razones anteriormente expuestas. El haber seleccionado esta característica se traduce en conseguir una gran precisión a partir de consignas de 2V- 10V. Los errores cometidos para consignas 0V a 2V no son muy significativos ya que para 40-80 lux la bombilla esta prácticamente apagada. Una vez seleccionadas las resistencias se procede a diseñar el resto del acondicionamiento. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 89 ACONDICIONAMIENTO DEL SENSOR A LA CARACTERÍSTICA ENTRADA/SALIDA DESEADA. Se decidió utilizar una tensión de alimentación de 12V dual ya que los valores típicos del rango de salida del LM411 rondan los 13.5V y queremos controlar un conjunto de diodos LED. Para obtener la característica deseada, será necesario invertir la característica de la resistencia y multiplicarla por una corriente de referencia, sumar un cierto valor de offset para ajustar el punto (40,0) y ajustar la ganancia de la etapa sumadora inversora para conseguir el punto (400,10). Los cálculos correspondientes son los siguientes: V1 = −1.7 ⋅ L ⋅ I o + 1137 I o + x ; 0 = −1.7 ⋅ 40 ⋅ I o + 1137 I o + x ;Para el punto P(40,0) sabiendo que la corriente es 1mA x = -1.069V; V0 = (−G a )(−1.7 ⋅ L ⋅ I o + 1137 I o − 1.069); Para el punto P(400,10) Ga = 16.33 V/V será la ganancia del sumador Se ajustará la referencia de x = -1.069V para utilizar una alimentación de 12V Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 90 -1.069V / R = -12 / x ; La nueva referencia será de 14R. El circuito de acondicionamiento resultante será: DISEÑO DE REGULADOR Y ACTUADOR Los diez diodos utilizados para la iluminación de la carcasa exterior suponen una necesidad de potencia mayor que lo que se ofrece en los BJT de señal tradicionales. Los amplificadores operacionales no pueden dar más de unos pocos mA de corriente luego es necesaria la utilización del transistor de potencia. En la base del transistor de potencia se incluyó una resistencia limitante para evitar dañar los LED por usar tensiones algo más elevadas que 12V. Resultó ser de unos 50 ohms. Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 91 5 Diseño placa de alimentación La placa de alimentación cumple la misión de facilitar la recarga de baterías, establecer los puntos de conexión de alimentación de cada elemento y el apagado general del robot aspirador. Su diseño es sencillo y resulta muy práctico a la hora de trabajar con una versión prototipo. La figura inferior muestra el aspecto general de la placa de alimentación: Figura 45: Placa alimentación robot aspirador El diodo LED que aparece en la figura de color transparente, en realidad emite una luz azulada al ser activado. Este diodo es utilizado para la señalización de activado de alimentación de los 24V de tensión. El interruptor que aparece a su derecha cumple la función de activar o desactivar la alimentación de 24V. Recordemos, que los motores de Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 92 tracción principal funcionan con una tensión de 24V. De esta manera, se puede aislar el movimiento del robot del resto de actuadores del robot. El diodo LED que aparece en la figura de color amarillo, se utiliza para señalizar la conexión de los 12V de alimentación al robot aspirador. El interruptor situado a su derecha sirve para la desconexión de alimentación de los 12V de alimentación. Permite aislar aquellos elementos que funcionan con la tensión de 12V (Sweepers, motor de antena etc..). Las bananas de conexión sirven, fundamentalmente, para la recarga sencilla de las baterías de 12V. Conectándose dos bananas procedentes de un cargador de baterías y cerciorándose de que los interruptores de la placa se encuentren en posición abierta, puede realizarse la carga a 24V. La conexión es de dos baterías de 12V en serie. Recordemos que la corriente no debe superar los 200mA. Se incluyó un fusible de protección de 3A para proteger al circuito de sobretensiones o accidentes que provocara el usuario. Para la alimentación de los distintos elementos del robot aspirador se han utilizado “pinchos de conexión”. Aunque no aseguran una buena conexión en algunas ocasiones, para la versión de prototipo resultaron ser muy prácticos. La desconexión de circuitos para su prueba es muy frecuente en la fase de diseño del robot aspirador. 93 Memoria. Diseño electrónico del robot aspirador 6 Diseño placa aviso batería baja La función de la placa de aviso de batería baja es informar al usuario y al microcontrolador acerca de la energía de la batería de 6V del aspirador. Dos diodos LED señalan si el nivel de batería es correcto o no. (Verde significa correcto y rojo incorrecto). También se informa al microcontrolador con una señal lógica del estado de la batería. El circuito es muy sencillo. Se trata de un comparador inversor con histéresis. Se incluyó un interruptor para desconectar el LED de batería correcta para ahorrar energía. Las entradas a la tarjeta son la alimentación de 12V del circuito y el sensado de la tensión de batería de 6V. La única salida es el aviso mediante una señal entre 0 y 5V para el microcontrolador. El margen de histéresis se encuentra entre, aproximadamente, 5.8V y 6.2V. No debemos olvidar que la tensión de flotación de la batería debe estar entorno a los 6.5V para considerarla cargada y que durante el uso no debiera trabajar con menos de 6.2V. La figura inferior muestra la placa. Figura 46: Placa señalización batería aspirador baja Memoria. Resultados/Experimentos 94 Capítulo 4 RESULTADOS/EXPERIMENTOS En este apartado se comentarán los experimentos con el robot aspirador final realizado entre los dos proyectistas involucrados. El conjunto de experimentos se divide en dos tipos de pruebas: • Pruebas de aspiración: Incluye las pruebas de aspiración por la base del robot aspirador y el brazo telescópico con servo-válvula y sin servo-válvula. Se somete a la boca base y a la boca del brazo telescópico a diferentes cargas para comprobar la potencia de aspiración efectiva. El protocolo de pruebas se comentará más adelante en este apartado. • Pruebas de navegación: Incluye las pruebas de navegación general del robot aspirador con todos sus elementos por una habitación del hogar seleccionada. Las condiciones de la prueba se describirán más adelante. 1. PROTOCOLO DE PRUEBAS DE ASPIRACIÓN A continuación se describen las características de entorno más relevantes para la realización de la prueba de aspiración. Las pruebas de aspiración se dividen en dos grupos: 1.1 Pruebas sin servo-válvula En las pruebas sin servo-válvula se eliminará del circuito de aspiración del robot la servo-válvula de gestión de aspiración. La conexión de la boca Memoria. Resultados/Experimentos 95 base de aspiración o de la boca del brazo telescópico se hará directamente con la bolsa de aspiración. Este experimento tiene como objetivo principal evaluar cualitativamente las pérdidas debidas a fugas en el brazo telescópico y la potencia efectiva de aspiración en cada una de las bocas de aspiración (base y brazo telescópico). Las pruebas se realizaron con las siguientes condiciones: 1. La batería de 6V del motor aspirador se encontrará cargada completamente con una tensión de flotación de aproximadamente 7,2V. 2. La temperatura ambiente rondará los 25ºC. Nunca superior a los 42ºC. 3. La prueba nunca durará más de 15 minutos de aspiración continuada. Entre la preparación de cada carga de partículas y las conexiones del circuito de aspiración, la aspiradora permanecerá apagada. En caso de tener que repetir el experimento se dejará recargando la batería de 6V un mínimo de 3 horas, hasta alcanzar la tensión de flotación mencionada en el apartado 1. 4. Las cargas seleccionadas se irán acercando lentamente hacia la toma de aspiración que se quiera analizar, pero nunca se empujarán dentro de la toma en cuestión. 5. Las partículas seleccionadas como cargas de prueba de aspiración serán: un conjunto de finos papeles de celulosa cortados en cuadrados, bolitas de papel de aluminio compactadas, garbanzos caseros crudos, judías pintas caseras crudas, tornillos y tuercas. Para el caso del brazo telescópico, por motivos de morfología de la boca de aspiración, la carga será de una mezcla de sal fina y café molido. 6. Terminada la aspiración de todos los elementos que configuren una carga, (ejemplo: Aspiración todas las bolitas de papel) se apagará la aspiradora y se retiraran los elementos aspirados de la bolsa de aspiración. 7. Cada prueba únicamente se considerará satisfactoria si se han aspirado y encontrado en la bolsa una cantidad igual o superior al 90% de las partículas que configuraban la carga. Ejemplo: Si de 10 elementos aspiramos 10 y encontramos 9 en la bolsa la prueba se dará por satisfactoria. 8. El robot aspirador se encontrará en posición completamente horizontal y la bolsa de aspiración llevará la tapa inferior de la bolsa cerrada. Memoria. Resultados/Experimentos 96 9. Antes de comenzar el experimento se deberá comprobar que no existan fugas, roturas u obstrucciones en el circuito de aspiración. 10. Para la realización de la prueba de aspiración de la boca del brazo telescópico, éste debe encontrarse extendido hasta su longitud máxima. Podrán realizarse hasta un máximo de dos pasadas del brazo por encima de la carga para lograr la aspiración. La velocidad de extensión y contracción del brazo será la misma que la utilizada en la navegación general del robot. 11. Deben evitarse, en la medida de lo posible, la aparición de codos en el circuito de aspiración. 12. Podrán activarse los barredores laterales del robot aspirador para facilitar la canalización de la carga hacia la boca base de aspiración. 13. Debe comprobarse que la toma de salida de aire del motor aspirador se encuentra despejada de obstáculos o suciedad para la realización de ambas pruebas (aspiración base y aspiración brazo telescópico). 14. Para la prueba de aspiración base de éste conjunto de pruebas, conéctese directamente la bolsa de aspiración con la boca base de aspiración mediante el tubo flexible incluido. 15. Para la prueba de aspiración del brazo telescópico de éste conjunto de pruebas, conéctese directamente la bolsa de aspiración con el primer segmento (mayor en diámetro) del brazo telescópico de aspiración mediante el tubo flexible incluido 1.2 Pruebas con servo-válvula En las pruebas con servo-válvula se incorpora el elemento “servo-válvula de gestión de aspiración” en el conjunto robot aspirador. El cometido de este conjunto de pruebas es la medida cualitativa de eficiencia de la servoválvula en la aspiración de base y en la aspiración por el brazo telescópico. A continuación se describen los requisitos que debe reunir la prueba. 1. Se aplicará la normativa del apartado 1.1 Pruebas sin servoválvula exceptuando las normas 14 y 15. 2. La servo-válvula debe colocarse en la posición diseñada en el robot aspirador para tal efecto. Su sujeción será firme a la estructura del robot. 3. Se procederá al calibrado del conjunto servomotor y engranaje reductor para lograr el cambio de la dirección de caudal base o brazo telescópico. Memoria. Resultados/Experimentos 97 4. Antes de la conexión de los tubos flexibles de aspiración se comprobará el correcto funcionamiento de la servo-válvula, programando los giros con la unidad de control. 5. Se conectarán los tubos flexibles como se explicó en el apartado de “Diseño e Implantación de la Servo-válvula de Gestión de Aspiración” del presente proyecto. 6. Antes de la aspiración de las partículas, se orientará adecuadamente la servo-válvula hacia la base o el brazo telescópico según corresponda. 2. PROTOCOLO DE PRUEBAS DE NAVEGACIÓN A continuación se describen las características de entorno más relevantes para la realización de la prueba de navegación. El objetivo de la prueba es demostrar la eficacia de los algoritmos de navegación del robot aspirador en distintos entornos. Se distinguen dos escenarios distintos para la navegación: • Entorno estructurado: La finalidad de someter al robot aspirador a un entorno estructurado es la búsqueda de medidas de superficie efectiva de aspiración. En la actualidad todos los fabricantes de robots aspiradores incluyen mediciones que relacionan la superficie visitada por unidad de tiempo. La medida duele facilitarse en tanto por cien. Ejemplo: 90% de eficacia en 6 metros cuadrados en un tiempo de 30 minutos. Supone visitar 0.9*6=5.4 metros cuadrados de superficie en 30 minutos. El entorno en esta situación suele ser cuadrado, de dimensiones definidas y libre de obstáculos. • Entorno desestructurado: la finalidad de someter al robot aspirador a un entorno desestructurado es la valoración global y real del comportamiento de la unidad. Los fabricantes de aspiradores inteligentes, generalmente, abordan este apartado presentando videos de demostración de las habilidades de sus productos. Para este caso el entorno no debe estar definido en forma ni tamaño y debe presentar obstáculos. Memoria. Resultados/Experimentos 2.1 98 DEFINICIÓN DEL PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA ENTORNO ESTRUCTURADO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.2 Las pruebas de navegación del robot aspirador en entorno desestructurado se realizarán en una superficie plana, cuadrada, embaldosada de área 25 metros cuadrados. En cada baldosa se colocará una pegatina que se irá retirando cuando el robot aspirador pase por encima de ella. La duración total de la prueba será de 8 minutos y 30 segundos. El robot aspirador se situará el cualquier lugar de la superficie de prueba. El arranque del robot aspirador debe sincronizarse con un cronómetro para la cuenta del tiempo de prueba. Trascurrido el tiempo de prueba no se quitarán más pegatinas de nuevas baldosas que pudiera visitar el robot. Se procederá al apagado de éste. Para el cálculo del rendimiento de la prueba se realizará la siguiente operación: (Baldosas visitadas/baldosas totales)*100 en 8 minutos y 30 segundos. La prueba se realizará con ambas las baterías de 12V cargadas completamente, alcanzando una tensión de flotación de 13.7V Entre dos pruebas deben reponerse las pegatinas arrancadas en la prueba anterior. Durante la prueba no se debe modificar la trayectoria del robot aspirador. La persona que arranque las pegatinas irá siempre detrás del robot. En ningún caso podrá tocarse el robot aspirador una vez comenzada la prueba. La utilización de la unidad aspiradora es opcional y no necesaria. La aspiradora incorporará todos sus elementos para la realización de la prueba. (Bocas de aspiración, baterías, carcasa exterior etc..) DEFINICIÓN DEL PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA ENTORNO DESESTRUCTURADO 1. 2. Son aplicables a estas pruebas los puntos 3, 4, 5, 8, 11, 12 y 13. Podrán utilizarse lugares con bajadas de escaleras y que cuenten con obstáculos tipo sillas, mesas, camas sillones etc… 99 Memoria. Resultados/Experimentos 3. RESULTADOS PRUEBAS DE ASPIRACIÓN En la tabla siguiente se muestra el resultado de las pruebas de aspiración con y sin servo-válvula. Prueba realizada con servo-válvula Prueba realizada sin servo-válvula Tipo Prueba Toma Carga aspiración aspiración Boca base Boca brazo telescópico Boca base Boca brazo telescópico Resultado Papelillos Satisfactorio Bolas alumínico Satisfactorio Garbanzos Satisfactorio Judías Satisfactorio Tornillos Fallido Papelillos Satisfactorio Mezcla de sal fina y café molido Satisfactorio Papelillos Satisfactorio Bolas alumínico Satisfactorio Garbanzos Satisfactorio Judías Fallido Tornillos Fallido Papelillos Fallido Mezcla de sal fina y café molido Satisfactorio Tabla 14: Resultados pruebas de aspiración Memoria. Resultados/Experimentos 100 Como puede comprobarse en la tabla anterior, la introducción de la válvula se traduce en un empeoramiento de la capacidad de aspiración del robot. Las cargas con cierto diámetro tienden a salir rebotadas en el caso de la aspiración por la boca base y la utilización de la servo-válvula, al chocar contra la base. En el caso de la utilización de la servo-válvula y la toma de aspiración del brazo telescópico no se produce la succión de la carga por pérdidas en la servo-válvula. Este hecho se debe a que las pérdidas en la válvula sumadas a las pérdidas en el brazo telescópico son considerables. Se concluye que es imprescindible un buen diseño y construcción de la servo-válvula para evitar pérdidas de carga importantes en le circuito de aspiración. La potencia de aspiración, es más que suficiente para la aspiración independiente por brazo telescópico o base. La no introducción de cargas voluminosas por la boca del brazo telescópico queda justificada por el diseño de la misma. En este proyecto, se concibió el brazo telescópico como complemento a la limpieza realizada por la toma base del robot aspirador. Es por ello, que únicamente se pretende aspirar polvo o partículas de poca masa presentes generalmente en los lugares más inaccesibles del hogar. Todos los intentos de aspiración de tornillos, resultaron fallidos debidos a su alargada forma. Al tratarse de un robot aspirador el circuito de aspiración debe estar confinado en un volumen muy reducido, la aparición de codos o pequeños ángulos es inevitable. Las cargas más alargadas, aunque no sean de gran masa, quedan atascadas en los codos del tubo flexible de aspiración. Memoria. Resultados/Experimentos 101 3. RESULTADOS PRUEBAS DE NAVEGACIÓN El algoritmo tachado como “algoritmo corto” consiste en la navegación del robot utilizando cada cierto tiempo una variable aleatoria, que es tenida en cuenta cada poco tiempo, para la realización indistinta de giros a la izquierda o a la derecha del robot. El algoritmo tachado como “algoritmo largo” consiste en la navegación del robot utilizando cada cierto tiempo una variable aleatoria, que es tenida en cuenta cada mucho tiempo, para la realización indistinta de giros a la izquierda o a la derecha del robot. Los algoritmos “corto” y “largo” únicamente se probaron en el entorno estructurado. Para un entorno estructurado es aconsejable siempre utilizar el “algoritmo corto”. Para más información sobre las condiciones de la prueba consúltese el apartado 2.1 Definición del protocolo de pruebas para entorno estructurado. La siguiente tabla muestra los resultados de las pruebas de navegación en entorno estructurado. En la prueba figuran los resultados de dos algoritmos distintos de navegación. 102 Memoria. Resultados/Experimentos PRUEBA NAVEGACIÓN CON ALGORITMO CORTO Tiempo Número Número Número Velocidad de prueba total de baldosas baldosas del robot minutos baldosas visitadas sin visitar aspirador 8.5 121 87 34 9.52 cm/s 72 8.5 121 82 39 9.52 cm/s 67 Eficiencia en % Tabla 15: Resultados navegación algoritmo corto PRUEBA NAVEGACIÓN CON ALGORITMO LARGO Tiempo Número Número Número Velocidad de prueba total de baldosas baldosas del robot minutos baldosas visitadas sin visitar aspirador 8.5 121 112 9 9.52 cm/s 93 8.5 121 107 14 9.52 cm/s 88 Eficiencia en % Tabla 16: Resultados navegación algoritmo largo Como puede apreciarse de las tablas anteriores, el algoritmo largo es más eficiente en entornos grandes estructurados. La eficiencia máxima conseguida por el aspirador se sitúa en el 93% de superficie visitada en el tiempo establecido. La velocidad media del robot fue de 9,52cm/s en todas las pruebas. El tamaño de baldosa es de 32 x 33 cm lo que supone un área total de la prueba de 32 x 33 x 121 =127.776 cm 2 que equivalen a una superficie de aproximadamente 13 m 2 . Una vez estudiados los resultados de la prueba de navegación en entorno estructurado, se pasará a comentar las pruebas en el entorno desestructurado. Para más información sobre las condiciones de la prueba Memoria. Resultados/Experimentos 103 consúltese el apartado 2.2 Definición del protocolo de pruebas para entorno desestructurado. Los resultados de las pruebas realizadas son satisfactorios. El brazo telescópico se introdujo correctamente en los lugares de reducido acceso. El comportamiento general del aspirador fue el adecuado, el brazo telescópico se mantuvo retraído durante la navegación y aspiración por la base. El robot aspirador reaccionó ante la posible caída por escaleras a tiempo sin llegar a caer. El recorrido realizado por la habitación seleccionada fue, aunque aleatorio, bastante eficaz y poco repetitivo. Para la ampliación de los resultados de la prueba se recomienda explorar el CD-ROM incluido en el proyecto. Dicho CD-ROM dispone de varios videos en formato *.avi que lo corroboran. 104 Memoria. Conclusiones Capítulo 5 CONCLUSIONES En este apartado se expondrán las conclusiones del proyecto, la medida de cumplimiento de los objetivos y las aportaciones complementarias realizadas. El objetivo principal de proyecto, que consiste en el diseño y construcción de una aspiradora inteligente para la limpieza automática de las casas, fue alcanzado satisfactoriamente y en el tiempo establecido. El problema de incorporación de un brazo telescópico en el robot aspirador fue resuelto con la utilización de una antena eléctrica de automóvil y un conjunto de tubos. Se estudió el comportamiento del nuevo robot aspirador construido y único en su categoría obteniendo importantes conclusiones: 1. La introducción de un brazo telescópico en el robot aspirador es factible y se traduce en una mejora substancial de la superficie disponible para aspirar. 2. La colocación del brazo telescópico debe realizarse transversalmente al sentido de la marcha del robot aspirador. El despliegue del brazo telescópico por la izquierda o derecha del robot es indiferente. Memoria. Conclusiones 105 3. El brazo telescópico abre la posibilidad de incorporación de una válvula que seleccione el lugar por donde realizar la succión, por la base o por el brazo. 4. La servo-válvula de gestión de aspiración debe ser estanca y ofrecer las mínimas pérdidas de carga en el circuito de aspiración. Se recomienda la utilización de una válvula de bola de tres vías, dichas vías deben formar 120º entre si. 5. La forma exterior del robot aspirador debe ser preferiblemente circular. De esta forma se facilita el diseño y la navegación del robot. 6. La longitud del brazo telescópico debe estar comprendida entre los 0.5m y los 1.3m. Longitudes inferiores no mejorarán la superficie accesible para aspiración, medidas mayores complicarán la elección de los materiales y la integración del brazo telescópico en el robot aspirador. 7. La altura del brazo telescópico puede ser reducida con modelos de antena eléctrica más adecuados. El brazo telescópico, únicamente quedaría limitado a la limpieza del polvo. La suciedad de mayores dimensiones requiere una elevación del extremo de la boca con la consecuente pérdida de carga asociada. Con el modelo prototipo, dada la poca eficiencia de la servo-válvula no fue posible aspirar grandes partículas. 8. Es posible reducir en gran medida el diseño exterior del robot aspirador prototipo realizado en este proyecto. La incorporación del brazo telescópico no implica un aumento considerable del tamaño del conjunto. 9. Es aconsejable mantener la estructura de tracción diferencial para el movimiento del robot aspirador. Esta estructura facilita la implantación mecánica y la programación. Memoria. Conclusiones 106 10. La potencia de aspiración de 60W utilizada puede reducirse invirtiendo esfuerzos en la mejora de la servo-válvula y en el acople de los segmentos que forman el brazo telescópico. El tope tecnológico hasta la fecha parece rondar los 25W. Debe estudiarse la posibilidad de reducción de potencia de la aspiradora una vez optimizada la servo-válvula. 11. El sistema de barredores laterales (Sweepers) se muestra bastante efectivo con cargas medianas y grandes, pero se aconseja introducir en el robot aspirador un sistema de cepillos sofisticado para la mejora de la efectividad de aspiración. Las cerdas de los cepillos barredores sobresaldrán de la planta del robot aspirador. 12. Las bocas de aspiración utilizadas resultaron ser muy efectivas. La focalización de la suciedad en un punto de los barredores laterales permite, con la utilización de una boca estrecha, la mejora de la capacidad de succión del robot. La boca de aspiración del brazo telescópico se muestra implacable con pequeñas partículas de polvo. 13. Las baterías son un aspecto muy importante en el robot aspirador. Debe procurarse, en la medida de lo posible, seleccionar una tecnología que garantice una reducción de peso respecto al plomoácido. 14. La altura del robot aspirador prototipo no es tan determinante como en el caso de los aspiradores robóticas sin brazo, pero es conveniente mantenerla lo más baja posible. Para lograr reducirla, se aconseja la realización de un diseño de bolsa de aspiración adaptado a la forma del robot, la colocación de baterías de poca anchura, la reducción del tamaño de los motores y ruedas, la confección de una carcasa exterior de perfil mínimo y la implantación de un motor de aspiradora más pequeño. Memoria. Conclusiones 107 15. Los motores de tracción utilizados han resultado suficientes para desplazar el robot aspirador. La velocidad de 9,52 cm/s debe ser mejorada hasta 20 cm/s (tope tecnológico hasta la fecha). Si se realizan mejoras considerables en el peso del conjunto, es aconsejable recalcular la potencia de los nuevos motores. En lo que se refiere a las aportaciones complementarias a los objetivos esenciales del proyecto destacamos: 1. Incorporación de una servo-válvula de gestión de toma de aspiración. 2. Incorporación de un sistema de barredores laterales o sweepers y sus actuadores correspondientes. 3. Posibilidad de recarga más sencilla mediante dos simples bananas de una fuente de alimentación. 4. Sensor de luminosidad para la señalización del conjunto robot aspirador durante operaciones nocturnas. 5. Elaboración de una carcasa exterior para el robot aspirador prototipo. 6. Incorporación de sensores de caída por escaleras. 7. Incorporación de sensor detector de batería baja del aspirador. 8. Implantación de placa de alimentación que permite aislar la alimentación de diversos bloques del aspirador, para la depuración de fallos la unidad. 9. Incorporación de alarma de señalización acústica para emergencias. Memoria. Futuros desarrollos 108 Capítulo 6 FUTUROS DESARROLLOS En el presente apartado incluiremos aquellas mejoras que se consideran para la mejora del aspecto y la funcionalidad general del robot aspirador. 1. DESARROLLOS PARTE MECÁNICA: • Mejora de la carcasa exterior: El robot construido en el presente proyecto tuvo que sufrir varias modificaciones de diseño estructural para mejorar su comportamiento, es por ello que se presenta en su más pura imagen conceptual o de prototipo. Como se pudo observar en el breve estudio de mercado realizado en la sección cuarta del segundo capítulo del proyecto, las personas valoran el aspecto exterior del conjunto. Se propone realizar una carcasa, preferiblemente en plástico o fibra de vidrio que dote al conjunto de un aspecto más atractivo y moderno. Es importante que al encontrarse el brazo retraído no sobresalga de la planta del robot aspirador. Un posible diseño puede contemplarse en la figura inferior. • Mejora del diseño del brazo telescópico: Aunque el apartado de control del brazo telescópico se encuentra prácticamente resuelto la escasez de medios materiales y tiempo hicieron adaptar el diseño del robot prácticamente al tamaño y forma de la antena eléctrica utilizada para dar movimiento al brazo telescópico. Se propone encontrar una antena eléctrica de automóvil más reducida y optimizar los diámetros de los distintos segmentos que configuran el brazo telescópico para Memoria. Futuros desarrollos 109 conseguir menores pérdidas en las uniones entre segmentos y una mayor longitud del brazo (1.10 metros es lo ideal). • Mejora del diseño de los cepillos: El robot aspirador cuenta con un sistema de cepillos delanteros cuya misión es canalizar la suciedad hacia la boca base de aspiración. Se propone dotar al sistema de un sistema de cepillos con algún tipo especial de cerdas que optimice la limpieza de superficies blandas (como las alfombras) y duras (como la baldosa). • Mejora en ruedas motrices: Las ruedas incluidas en el prototipo son de un material plástico bastante duro y con bajo coeficiente de rozamiento. Éste hecho es muy relevante ya que en ciertas situaciones podría deteriorar suelos de madera o resbalar ante condiciones de humedad. Se propone sustituir las ruedas motrices por otras fabricadas de un material esponjoso, suave pero a la vez suficientemente rígido como el neopreno de alta densidad. El producto se encuentra disponible en el mercado a un precio poco razonable. • Mejora diseño servo-válvula de distribución de aspiración: La servo-válvula es un elemento fundamental en el robot aspirador ya que canaliza la succión para que se produzca por la base del robot o por el brazo telescópico. En el presente proyecto se adaptó al diseño a lo que podía proporcionar la industria de forma económica. Para optimizar la canalización del flujo de aire y reducir al máximo la pérdida de carga por codos en la válvula se propone el siguiente diseño en V a aproximadamente 120º: Figura 47: Detalle funcionmiento válvua Figura 48: Detalle funcionmiento válvua II Memoria. Futuros desarrollos • 110 Mejora del diseño de bolsa de aspiración: La bolsa de aspiración en un importante en el robot aspirador ya que delimita, en muchos casos, la autonomía y la eficiencia de la aspiración. Se propone sustituir el recipiente almacenador de suciedad por uno con una forma que se amolde más al espacio asignado al elemento bajo el aspirador. La medida podría incorporar algún tipo de filtro bacteriano (HEPA) que haría que la limpieza del robot aspirador no dañara a personas alérgicas. También sería interesante diseñar un testigo de suciedad electrónico incorporado en la bolsa. 2. DESARROLLOS PARTE ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA: • Mejora del sistema de baterías: Para el prototipo del proyecto se utilizaron baterías de plomo-ácido de 12V y 6V. Este tipo de baterías tiene como inconveniente el elevado volumen y peso que añaden al robot aspirador. La razón fundamental que tuvo su utilización es su bajo precio. Las baterías de plomo también cuentan con una vida mucho más reducida comparada con las nuevas baterías de Litio (vida de unos 5-7 años) ya incorporadas en el campo de la telefonía móvil. La mejora que se propone es reemplazar las baterías de plomo-ácido por otras más modernas. El cambio supondría una mejora de la autonomía de hasta el 60% y una reducción de peso de hasta el 55%. • Desarrollo de una base de recarga de baterías: Cuando el robot aspirador detecta que su nivel de batería no es el adecuado debemos recargarlo en una base de recarga de baterías. Preferiblemente, se debería incorporar una base de recarga pensada para recargas automatizadas del robot aspirador, evitando así obligar al usuario a extraer las baterías. La figura inferior muestra una imagen conceptual del centro de recarga. Memoria. Futuros desarrollos 111 Figura 49: Aspecto del cargador de baterías teórico • Reducción e integración de circuitería: En la fase de prototipo lo distintos módulos electrónicos fueron incorporándose según su finalización para poder avanzar en paralelo con las respectivas pruebas del conjunto robot aspirador. Se propone implantar toda la circuitería electrónica en una única tarjeta más compacta y adaptada a la estructura y forma del robot. La medida ahorraría gran parte del cableado que se incorporó en el prototipo y reduciría considerablemente la tasa de fallos por falta de contacto entre conectores y cable. • Reducción del tamaño y potencia de la unidad aspiradora: Realizándose algunas de las mejoras citadas anteriormente, (especialmente la de la servo-válvula y la del brazo telescópico) también sería factible reducir la potencia de aspiración de 60W a unos 30W que es la potencia que vienen utilizando los aspiradores robóticas más modernos. La reducción de peso, el consumo del conjunto y el tamaño del robot aspirador se verían afectados muy positivamente. Memoria. Futuros desarrollos • 112 Incorporación de sensores detectores de suciedad: Se trata de un tipo especial de sensores cuya tecnología no se encuentran dispuestos a facilitar los más avanzados fabricantes de robots aspiradores. La incorporación de este tipo de sensores sería muy interesante para mejorar la relación tiempo/superficie aspirada. 3. DESARROLLOS PARTE SOFTWARE E INTELIGENCIA: • Incorporación de nuevos comportamientos: Una vez finalizada la construcción de la base de recarga de baterías se debe incorporar una rutina de búsqueda de la estación. El comportamiento podría conseguirse mediante una comunicación vía radio entre base y robot. El robot trataría de moverse de tal manera que no choque contra obstáculos y mejore la potencia de señal recibida. El mercado ya ha dado solución al problema mediante algoritmos, que aunque algo lentos, que cubren la necesidad. • Incorporación de nuevos comportamientos II: Con el fin de introducir alguna mejora no presente en el mercado, proponemos la comunicación del robot aspirador con ascensores. Mediante una célula infrarroja (a modo de mando a distancia de televisión) el robot podría comunicarse con el ordenador del ascensor para solicitar algún otro piso que aún no limpió. La idea surge al pensar en instalaciones como los hospitales o los grandes complejos de oficinas. Consideramos que, aunque algo futurista, existen hoy los medios para llevarla acabo. Las figuras inferiores pretenden dar una idea del funcionamiento: 113 Memoria. Futuros desarrollos Paso1: El robot aspirador solicita al ordenador del Paso 2: Cuando el ascensor llega al piso del robot, ascensor acceder a un determinado piso vía la unidad de control avisa al robot aspirador de que infrarrojos. puede acceder al ascensor. Mediante una comunicación establecida previamente en robot aspirador sabe que el ascensor aún no llegó a su piso. Paso 4: Una vez el robot se introdujo en el ascensor, estratégicamente a ambos lados del ascensor dan se cierran las puertas, se da la señal de ocupado y la orden al ordenador para abrir las puertas y se traslada al robot a otro piso para que continúe permitir el acceso al robot aspirador. allí su labor de limpieza. 3: células infrarrojas ascensor. dispuestas Paso Unas El robot comienza su avance hacia las puertas del Tabla 17: Comportamiento versión futura del robot aspirador 114 Memoria. Bibliografía BIBLIOGRAFÍA A continuación se incluyen las referencias bibliográficas utilizadas para la consecución del proyecto: • Libros consultados: -“Microbótica” Tecnología, Aplicaciones y Montaje Práctico. Autores: José Mª Angulo Usategui, Susana Romero Yesa, e Ignacio Angulo Martínez. Editorial THOMSON. -“Where am I?” Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning. Autores: J.Borenstein, H.R.Everett y L.Feng. Editorial The University of Michigan. 1996 Edition. -“Electrónica 2ª Edición”. Autor: Allan R.Hambley. Editorial: Pearson Prentice Hall • Artículos de revistas, presentaciones, manuales usuario, estudios etc.. -“Seminario Construcción de Robots”. Diseño y Contrucción de Microrrobots. Autor: D.Julio Pastor Mendoza - “Seminario Microrrobots. Control de Motores”. Diseño y Construcción de 115 Memoria. Bibliografía Autor: D. Jesús Ureña Ureña. -“iROBOT ROOMBA SE Owners Manual”. -“Electrolux Trilobite Owners Manual” -“Scientific American Working Knoledge Funcionamiento Cortacésped Intelligente” Autor: Mark Fischetti. -“A Vacuum in the Market”. Autores: F. Cassidy y T.Walker -“European Ecolabel: Vacuum Cleaners Technical Study on Criteria Definition and Updating”. Autor CSTB en cooperación con CERTIFICACIÓN AFNOR para la comisión europea. • Links de Internet y direcciones de correo : Dirección electrónica: http://www.alibaba.com Descripción: Página de marcado carácter comercial pero que permite conocer gran variedad de modelos de robots aspiradores presentes en el mercado. La página incluye breves descripciones técnicas sobre los robots aspiradores. Última visita Enero 2007. Dirección electrónica: http://www.howstuffworks.com Descripción: Página de curiosidades de ámbito general. Los artículos presentados son de gran calidad y cuentan con trabajados esquemas gráficos que ayudan a la compresión de los más complicados sistemas. Última visita Febrero 2007. Dirección electrónica: http://www.dyson.com http://www.irobot.com Memoria. Bibliografía 116 Descripción: Dyson e iROBOT representan la tecnología más puntera y un ejemplo de estrategia de llegada al mercado respectivamente. Merece la pena visitar estos fabricantes. Última visita Febrero 2007. Dirección correo: [email protected] [email protected] Descripción: Se trata de dos catedráticos de la universidad de Alcalá de Henares. Durante la presentación de la aspiradora inteligente prototipo en la feria “Madrid por la Ciencia” mostraron gran interés por el proyecto y ofrecieron su ayuda para consultas etc.. Dirección correo: [email protected], [email protected] Descripción: Se trata del director del presente proyecto y del alumno proyectista del proyecto complementario Programación y Control del Brazo Telescópico. Estudio económico. Bibliografía Parte II ESTUDIO ECONÓMICO 117 Estudio económico. Bibliografía 118 En el apartado de resultados del presente proyecto, queda demostrado el correcto funcionamiento del robot aspirador inteligente desarrollado. Por ello, merece detenerse para analizar la viabilidad del traslado del aspirador al mercado. El mercado de las aspiradoras inteligentes movió en Estados Unidos 4.1 Billones de dólares en 2006. Es un sector que lleva creciendo entorno al 9% desde el año 2001. Las ventas entre los años 2002 y 2003 fueron de 570.000 unidades vendidas en todo el mundo. La aspiradora inteligente prototipo construida, cuenta con una importante mejora tecnológica que ninguna aspiradora tenía hasta ahora: “Un brazo telescópico aspirador inteligente”. Este hecho le dota de una gran ventaja competitiva pero no olvidemos que es fácilmente copiable. Aunque el aspecto estético del prototipo no es muy atractivo a la vista, una mejora en la carcasa y en ciertos aspectos puntuales haría que mereciera una oportunidad de entrada en el mercado. Las unidades presentes hasta hoy, quedan claramente por debajo en cuanto al acceso a rincones se refiere. El modelo desarrollado de aspirador entraría a sustituir la tecnología existente sin brazos telescópicos. La elección de un buen modelo de negocio, la estrategia de introducción del producto en el mercado y la elección del momento, podrían convertir al hoy prototipo aspirador en un producto estrella en el sector de los electrodomésticos. Manual de usuario. Bibliografía Parte III MANUAL DE USUARIO 119 Manual de usuario. Bibliografía 120 www.upco.es Manual de usuario. Bibliografía 121 ÍNDICE DEL MANUAL Instrucciones importantes de seguridad………………………3 Descripción del producto………….……….……………...…….……6 Carga y recambio de las baterías………..……………………...…8 Puesta en marcha, parada y pausa………………………….........9 Guía de problemas y soluciones………………………………….12 Especificaciones técnicas……………………………………………..14 122 Manual de usuario. Bibliografía Instrucciones Importantes de Seguridad Peligro Advertencia Precaución INSTRUCCIONES GENERALES DE SEGURIDAD Campos de utilización • Utilice el aspirador para limpiar sólo suelos domésticos comunes, incluyendo madera, baldosas, linóleo, moquetas de pelo corto y medio. • No utilice el aspirador para limpiar: - Suelos mojados (incluyendo por líquidos inflamables o combustibles). - Baños, cocinas u otras habitaciones húmedas. - Escaleras. - Mesas y estanterías. - Objetos ardiendo o humeando (cigarrillos, cerillas, cenizas calientes). - Habitaciones sin vigilar con chimeneas abiertas o sistemas de la calefacción de fuego vivo (braseros). Niños, animales y otras consideraciones • El robot aspirador no es un juguete. Vigile los niños pequeños y los animales de compañía para que no jueguen con el aparato. • No se siente ni apoye nada sobre el robot. Podría romperse. ANTES DE LIMPIAR Riesgo de caída Manual de usuario. Bibliografía • 123 El robot no puede detectar desniveles inferiores a 10 centímetros. Por tanto, puede caerse por una escalera o de una terraza si el desnivel es pequeño. Por consiguiente, asegúrese que no puede caerse por ningún sitio. Objetos en el suelo • Antes de utilizar la unidad, recoja los objetos como ropa, papeles sueltos, manteles, telas, cables, y objetos frágiles. Podrían impedir el correcto funcionamiento del robot. • Retire también los objetos pequeños que puedan ser aspirados y que no quiera que esto suceda (monedas, billetes, fichas, etc.). Otras consideraciones • Antes de limpiar, asegúrese de que los cepillos están en buenas condiciones. • Mire que la bolsa de basura del robot no esté llena y la tapa esté cerrada. • No maneje el robot si tiene las manos húmedas DURANTE LA LIMPIEZA Riesgo de choque • Para evitar tropezones con el robot, asegúrese de que todas las personas de la vivienda sepan que está funcionando. Líquidos • No deje que el robot limpie líquidos. Esto podría dañar seriamente el aspirador. DESPUÉS DE LIMPIAR Limpieza del robot Manual de usuario. Bibliografía 124 • Limpie regularmente la superficie los sensores (especialmente los de desnivel) con un paño limpio y suave de algodón que no esté húmedo. • Para la limpieza del resto del robot use un paño limpio y seco. • El brazo telescópico precisa de un mantenimiento especial. Cada aproximadamente 600h de funcionamiento las uniones entre los segmentos telescópicos deben ser engrasadas con aceite multiuso. • Mantenga las bocas de aspiración de base y brazo telescópico limpias y libres de suciedades pegajosas. Vaciado de la bolsa de suciedad • Vacíe con cuidado el depósito de suciedad. El polvo recogido en la unidad puede causar reacciones alérgicas a las personas sensibles. • Es posible que el robot aspire veneno para ratas, insectos, etc. Por razones de seguridad, vacíe el polvo en una bolsa de plástico, ciérrela y tírela a la basura. • Si lo considera conveniente, utilice guantes de fibra de látex para el vaciado de la bolsa de aspiración. Baterías • No tire las pilas agotadas en cualquier sitio. Envíelas al sitio indicado para reciclarlas. Infórmese en su municipio de los lugares acondicionados para el reciclaje de baterías. No olvide que se trata de un producto muy contaminante para el medioambiente. • Bajo ninguna circunstancia caliente o exponga al fuego las baterías. Pueden llegar a explotar. ALMACENAJE Lugar de almacenaje • Guarde el robot y sus accesorios en un lugar frío , ventilado y seco. • Asegúrese que ningún menor pueda ponerla en funcionamiento accidentalmente. Manual de usuario. Bibliografía Descripción del Producto 125 Manual de usuario. Bibliografía 126 Manual de usuario. Bibliografía 127 Carga y Recambio de las Baterías 1. 2. Cargue el robot durante unas cuatro horas antes de la primera utilización. La unidad robot prototipo no cuenta con base y algoritmo de búsqueda de carga automática. Debe usted recargar el aspirador cuando trascurran aproximadamente 20 minutos de uso o se active la alarma acústica interna. No realice el proceso de carga si no cuenta con los conocimientos necesarios. Pida ayuda o consejo a un experto 3. 4. 5. 6. 7. 8. El robot aspirador cuenta con baterías de 12V y 6V. La recomendación del fabricante es cargar las baterías a 13.8V y 7.5V de tensión de flotación respectivamente. Para la carga de las baterías de 12V conecte el polo positivo del cargador al hueco banana hembra y el polo negativo al hueco banana hembra negativo de la placa de alimentación. La carga de la batería de 6V debe realizarse conectando unos conectores tipo cocodrilo a las bornas de la batería. Recuerde conectar el polo positivo (+) con el positivo del cargador y el polo negativo (-) al negativo del cargador. La corriente de carga no debe superar los 200mA en la carga de las baterías. Sea cuidadoso al desconectar las bananas de las baterías y evite el contacto entre las bornas de signo opuesto. A los 2 años de funcionamiento y como mantenimiento preventivo deposite las baterías usadas en un lugar destinado especialmente a tal efecto. Manual de usuario. Bibliografía 128 Puesta en Marcha, Parada y Pausa PUESTA EN MARCHA Para empezar a utilizar su aspirador siga los siguientes pasos en el orden que se indican. ¡OJO! En caso de alterar el orden el robot no funcionará como debiera hacerlo: 1. Abra la tapa superior, inserte la PDA, y conéctela al cable que hay. A continuación pulse el botón que indica la figura para encenderla. 2. Encienda la aspiradora pulsando los dos interruptores que muestra la siguiente figura. Las dos luces deberán encenderse. 3. Ejecute el programa “Aspiradora” Manual de usuario. Bibliografía 129 4. Pulse el botón “Start”. Aparecerá un punto verde en la pantalla de la PDA. Si fuera rojo, consulte el apartado “Guía de Problemas y Soluciones” de este manual. 5. Baje la tapa superior. PARAR EL ROBOT El robot dejará de moverse cuando se agote la batería del motor de aspiración y empezará a sonar una alarma acústica. Tanto para este caso como si se quiere parar antes el robot, los pasos que se deben seguir son: 1. Abra la tapa superior y pulse el botón “Stop” de la PDA. Aparecerá un punto verde en la pantalla de la PDA. Si fuera rojo, consulte el apartado “Guía de Problemas y Soluciones” de este manual. 2. Pulse de nuevo los dos interruptores que pulsó para encenderlo. Las dos luces deberán apagarse. Y la alarma dejará de sonar (en caso de que lo hiciera por batería baja). 3. Apague la PDA, pulsando de nuevo el botón que usó para encenderla. Extráigala si quiere (no es necesario). PAUSA Puede ser que quiera parar un momento el robot y a continuación volverlo a poner en marcha. En tal caso de hacer lo siguiente: 1. Abra la tapa superior y pulse el botón “Stop” de la PDA. Aparecerá un punto verde en la pantalla de la PDA. Si fuera rojo, consulte el apartado “Guía de Problemas y Soluciones” de este manual. 2. Pulse el botón “Start” cuando desee que vuelva a limpiar, y baje la tapa. 130 Manual de usuario. Bibliografía Guía de Problemas y Soluciones Si tiene problemas con su aspirador, lo más probable es que pueda solucionarlo ayudándose de la siguiente tabla. Si tiene dudas NO TOQUE NADA y consulte. Problema Solución No se encienden las Compruebe que las baterías están conectadas, luces de encendido del cargadas y que no se ha soltado ningún cable aspirador. de alimentación. Si tiene dudas no toque nada y consulte. Al pulsar Start el punto Pulse el interruptor de la luz blanca (no debe de la PDA es rojo. lucir) para que el robot no se mueva. Salga del programa Aspiradora y vuelva a entrar. Si persiste el problema, compruebe que la luz amarilla de encendido de la aspiradora luce. Si sigue sin ir, compruebe que la PDA está conectada a su cable y reiníciela. Como última medida quite la carcasa y reinicie la TCS. Cuando el punto sea verde, pulse en interruptor de la luz blanca (tiene que lucir). Al pulsar Stop el punto El robot no se parará. Tendrá que pulsar los 2 de la PDA es rojo. interruptores de alimentación para apagarla. A continuación pulse sólo el de la luz amarilla (debe lucir) y compruebe que al darle a Start el punto es verde. Entonces pulse el interruptor de la luz blanca (debe lucir). En caso de que siga rojo leer la solución al problema anterior. La alarma acústica está Debe apagar el aspirador y proceder a cargar sonando. las baterías. Al apagar el aspirador la alarma dejará de sonar. El robot no aspirada o Vacíe la bolsa si estuviera llena. Compruebe lo hace muy mal. que no hay nada obstruido en los tubos de aspiración. Limpie el filtro del motor. La PDA no se enciende. Reiníciela. Si sigue sin encenderse es que se ha acabado su batería. Cárguela. El robot no detecta las Limpie los sensores de desnivel como se dice escaleras. en este manual. Y compruebe si en otras escaleras pasa lo mismo. Podría ser que el desnivel fuera muy pequeño y no se detecte. El robot se choca Limpie los sensores tal y como se dice en el continuamente. anual. Si su problema no está entre éstos no intente ninguna solución si no está seguro de saber lo que hace y consulte a su proveedor. 131 Manual de usuario. Bibliografía Especificaciones Técnicas Modelo Diámetro Altura Peso en vacío Peso máximo en carga Potencia aspiración Velocidad Ruido Batería motor aspiración Tiempo de carga bat. Mot. Asp. Autonomía bat. Mot. Asp. Baterías motores ruedas Tiempo de carga bat. Mot. Rued. Autonomía bat. Mot. Rued. Filtro de polvo Capacidad bolsa Electrónica controlada por Sensores desnivel Sensores proximidad Sensores control brazo Material de la carcasa Velocidad máxima del brazo Ruedas motrices Distancia al suelo desde plataforma base Capacidad para aspirar suelos húmedos Material de la bolsa Temperatura de uso Accesorios Avisador de bolsa llena Señalización de funcionamiento Tiempo en limpiar 15 m 2 ELEFENTA 001 – Prototipo 37 cm 27 cm 8.5 Kg 10 Kg 60W 9.52 cm/s 73 dB Plomo-Ácido 6V 4.8 Amp/h 3h 20 min 2x Plomo-Ácido 12V 1.4 Amp/h 2.5 h 30 min Esponja polvo normal 0.3 L TCS-2 SHARP mod.GP2D12 Devantech Ltd. mod. SRF04 SHARP mod.GP2D12 Plástico 15 cm/s 2x 7.5 cm diámetro 13 cm No cuenta con capacidad para aspirar suelos húmedos Plástico 10º- 50º No disponible Nivel de suciedad visible a través de bolsa trasparente SÍ, 10 luces LED para condiciones de trabajo nocturnas 8.5 min Presupuesto Económico. Bibliografía 132 Parte IV PRESUPUESTO ECONÓMICO 133 Presupuesto Económico. Bibliografía A continuación se presenta el presupuesto económico para la realización del robot aspirador prototipo. SUBCONJUNTO BRAZO TELESCÓPICO DESCRIPCIÓN DEL ARTÍCULO Antena eléctrica 12V 12W Boca aspiracion Sensores infrarrojos gp2d12 36 Sensores digitales tubo PVC diam 24mm long 390mm 1,5€/m tubo PVC diam 30mm long 400mm 1,5€/m tubo PVC diam 20mm long 380mm 1,5€/m Tornillo metrica C.Ancha Hend Azinc 5x60 Arandelas AC.zincado D.5 Tuerca métrica C.cilind Hend A.zinc 4x12 Tuercas Mariposa AC.zincado D.5 Tornillo métrica C.cilind Hend A.zinc 4x12 Pieza mecano Bridas 2.5x100mm Extensor cable retráctil USB portátil Tubo plastico transpa. long 300mm 3€/m Cerdas escoba UNIDADES PRECIO COMPRA UNIDAD € 1 35 1 2 3 18,35 4 2,5 1 0,59 1 0,6 1 0,57 2 0,25 8 0,09 6 0,06 2 0,14 2 0,12 1 0,5 8 0,1 1 1,75 1 0,9 1 0,4 Total Brazo Telescópico TOTAL € 35 2 55,05 10 0,59 0,6 0,57 0,5 0,72 0,36 0,28 0,24 0,5 0,8 1,75 0,9 0,4 110,26 € SWEEPERS (BARREDORES) Motores con reductora ref GH12/2217Y 12V 600mA 120rpm Bridas 2.5x100mm Tornillo metrica C.Ancha Hend Azinc 5x60 Arandelas AC.zincado D.5 Tuercas Mariposa AC.zincado D.5 Tuerca métrica C.cilind Hend A.zinc 4x12 Discos de pulido/barnizado madera Tornillo métrica C.cilind Hend A.zinc 4x12 2 19,55 4 0,1 4 0,25 8 0,09 4 0,14 4 0,06 2 3 4 0,12 Total Sweepers (Barredores) 39,1 0,4 1 0,72 0,56 0,24 6 0,48 48,50 € BASE DEL ROBOT Base madera 0,2 m2 6€/m2 Liston de madera 2x2,5cm2 long 400mm Tacos madera 4,5x4,5cm long 8 Soporte motores de madera Motores con reductora 24V 0.8A 250rpm Rueda loca Pinza papel Tuerca métrica C.cilind Hend A.zinc 4x12 Arandelas AC.zincado D.5 Motor aspiradora 60W 6V Moulinex Válvula esfera pegar PVC-Pres EPE D20 1 1 2 2 2 1 3 16 13 1 1 1,2 0,54 0,2 1,5 40 3,5 0,2 0,06 0,09 50 6,54 1,2 0,54 0,4 3 80 3,5 0,6 0,96 1,17 50 6,54 134 Presupuesto Económico. Bibliografía Manguito liso H-H PVC-PRES EPE D20 Tubo plástico long 200mm Boca base aspiración plástico Bolsa suiedad (recipiente de pelotas de tenis Escuadras ángulo 30x30mm Bicr mod Tuerca métrica C.cilind Hend A.zinc 4x12 Tuercas Mariposa AC.zincado D.5 Pintura madera color rojo LEROY MERLÍN Barniz madera LEROY MERLÍN Ruedas motrices diámetro 7,5 cm Bateria 6V plomo-acido 4,8 A/h Bateria 12V plomo-acido 1,2 A/h Sens ultrasonicos SRF04 DEVANTECH Sens infrarrojos gp2d12 36 Cinta velcro recambio tesa 5,60M Servo FUTABA S3010 5V Par 6,5Kg 1 1 1 0,42 2,5 2 1 1,1 3 0,15 3 0,06 3 0,14 1 9,66 1 9,95 2 2,15 1 20 2 14,71 4 19,25 2 18,35 1 5,78 1 25 Total Base Robot 0,42 2,5 2 1,1 0,45 0,18 0,42 9,66 9,95 4,3 20 29,42 77 36,7 5,78 25 372,79 € CARCASA EXTERIOR Cubo lavandería diam 500mm Pintura spray efecto decor sat nitro 400ml Pintura spray efecto decor brillo 400ml Tornillo metrica C.Ancha Hend Azinc 5x60 Led luz difusa Visagra 2 piezas corta para arcón Arandela AC.zincado D.5 Interruptor 2 circuitos 3A Burlete umbral tesa marrón Microinterruptor PLACA ILUMINACION Amplificador operacional LF411 Resistencia 0,25W Resistencia 2W Clemas sujecion cable Potencioetro 10K Transistor de potencia BD135/137/139 Placa de insercion baquelita 9x8cm2 Sensor luminosidad LDR 1 1 1 4 10 1 20 1 1 4 4,6 7,68 12,55 0,25 0,2 2,7 0,09 1,75 2,9 0,4 3 0,5 12 0,09 1 0,2 2 0,75 1 0,2 1 0,9 1 5,5 1 1 Total Carcasa Exterior 4,6 7,68 12,55 1 2 2,7 1,8 1,75 2,9 1,6 1,5 1,08 0,2 1,5 0,2 0,9 5,5 1 50,46 € PLACAS ELECTRONICAS ACTUADOR ASPIRADOR Led luz difusa Timbre electrónico Microinterruptor Transistor señal npn 3904 Portafusible Fusible 16A Relé 4571 1 N0 13/30A 12V (SPB) Resistencia 0,25W 2 1 1 1 1 1 2 4 0,2 0,8 0,4 0,3 0,42 0,14 2,33 0,09 0,4 0,8 0,4 0,3 0,42 0,14 4,66 0,36 135 Presupuesto Económico. Bibliografía Disipador Diodo de potencia BYW80-200 Placa inserción fibra vidrio 12x5cm2 Diodo Conectores de insercion placa PUENTE H ANTENA Transistor señal npn 3904 Diodo Resistencia 0.25W Zocalo 18 pines Integrado L293B Conector de insercion placa Placa inserción fibra vidrio 4x7cm2 PUENTE H MOTORES DE TRACCION Transistor señal npn 3904 Diodo Resistencia 0.25W Zocalo 18 pines Integrado L293B Conector de insercion placa Placa inserción fibra vidrio 4x7cm2 PLACA ALIMENTACION Clemas de insercion placa 2 cables Banana hembra Interruptor 3A 1 circuito Led luz difusa Resististencia 0.25W ACTUADORS WEEPERS Relé 12V 10A 2 contactos Portafusible inserción en placa Fusible 4A Transistor señal npn 3904 Diodos Resistencia 0.25W Conectores de insercion placa Placa insercion fibra vidrio 7x4cm2 COMPARADOR NIVEL BATERIA Amplificadores operacionales LF411 Led luz difusa Zocalo 18 pines Resist 0.25W Microinterruptor Clema de insercion placa Placa insercion fibra vidrio 10x3,5cm2 TCS (MICROCONTROLADORA) PDA HP iPAQ hx2190 1 1 1 1 3 0,8 1,3 8 0,3 0,75 0,8 1,3 8 0,3 2,25 1 4 2 1 1 4 1 0,3 0,3 0,09 0,5 2,57 0,75 4 0,3 1,2 0,18 0,5 2,57 3 4 2 8 4 1 1 5 1 0,3 0,3 0,09 0,5 2,57 0,75 4 0,6 2,4 0,36 0,5 2,57 3,75 4 2 2 2 2 2 0,75 0,8 1,5 0,2 0,09 1,5 1,6 3 0,4 0,18 1 1 1 1 2 2 3 1 2,15 0,42 0,14 0,3 0,3 0,09 0,75 4 2,15 0,42 0,14 0,3 0,6 0,18 2,25 4 3 0,5 2 0,2 3 0,5 7 0,09 1 0,4 2 0,75 1 6 1 35 1 384 Total Placas Electrónicas 1,5 0,4 1,5 0,63 0,4 1,5 6 35 384 493,71 € OTROS MATERIALES Pegamento loctite Super Glu-3 3 5,9 17,7 136 Presupuesto Económico. Bibliografía Estaño soldadura Salki ref. 8500118 Cartucho silicona Cable termorretractil 50cm 5€/m Cable 2x0,75mm Rojo/Negro 4,5m 0,43€/m Cable 4mm 1m 0,88€/m Pieza lego TOTAL COSTE MATERIALES Total Brazo Telescópico Total Sweepers (Barredores) Total Base Robot Total Carcasa Exterior Total Placas Electrónicas Total Otros Materiales TOTAL 1 3 1 1,95 0,6 2,5 1 1,94 1 0,88 7 0,2 Total Otros Materiales 110,26 € 48,50 € 372,79 € 50,46 € 493,71 € 28,17 € 1.103,89 € TOTAL COSTE MANO DE OBRA DIRECTA Precio hora ingeniero €/h Horas por semana CÁLCULO HORAS MANO OBRA DIRECTA 40,00 € 40 Número de semanas Horas Total euros 4 160 6.400,00 € Ingeniería y Diseño (Mecanica. y Control) 3 120 4.800,00 € Ejecución de circuitería electrónica y montaje eléctrico del conjunto 5 200 8.000,00 € Programación TCS (Microcontroladora) 2 80 3.200,00 € Supervisón, Pruebas y Chequeo 2 80 3.200,00 € Documentación del Proyecto 1,5 60 2.400,00 € TOTAL € 28.000 € Documentación Previa Desarrollo Técnico TOTAL COSTES INDIRECTOS Descripción del concepto Gastos de servicios generales. Luz, equipos y comunicación Gastos adicionales de materiales deteriorados TOTAL € Coste € 15,00 € 10,00 € 25,00 € 1,95 1,8 2,5 1,94 0,88 1,4 28,17 € 137 Presupuesto Económico. Bibliografía COSTE TOTAL PROYECTO Coste TOTAL (MOD+C.Directos+C.Indirectos) 16% I.V.A TOTAL COSTE PROYECTO DISTRIBUCIÓN COSTE PROYECTO CONCEPTO COSTE € MOD 28.000,00 € C.D. 1.103,89 € C.I. 25,00 € Coste € 29.128,89 € 4.660,62 € 33.789,51 € % COSTE PROYECTO 96,12% 3,79% 0,09% Data sheets. Bibliografía Parte V DATA SHEETS 138