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Informe de proyecto del curso Cálculo Aplicado a la Física 2

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

WALKING ROBOT Informe N°3 del Proyecto

REPRESENTADO POR: 1. 2. 3. 4.

Horna Alarcón Daniela Gamarra Veliz Braulio Humberto Chilet Juscamayta Erick Gustavo Andi Yauri Salcedo

SECCIÓN DOCENTE

U17307884 U19205464 U20237591 U19216005

: 12825 : Mariela Huamán Espinoza

Lima, 28 de octubre del 2020

Robot andante 1

(1)

Estudiante de 5° ciclo de ingeniería de software, UTP

(2)

Estudiante de 5° ciclo de ingeniería civil, UTP

INDICE 1

RESUMEN.............................................................................................................................3

2

INTRODUCCIÓN....................................................................................................................3

3

2.1

Descripción de proyecto...............................................................................................4

2.2

Objetivos......................................................................................................................4

FUNDAMENTOS TEÓRICOS...................................................................................................5 3.1

Potencial Eléctrico........................................................................................................5

3.2

Capacitancia.................................................................................................................6

3.2.1

Condensadores en Serie.......................................................................................7

3.2.2

Condensadores en Paralelo..................................................................................8

3.3 3.3.1

4

Corriente Eléctrica........................................................................................................9 Corriente Continua...............................................................................................9

3.4

Ley de Ohm................................................................................................................10

3.5

Resistencia..................................................................................................................11

METODOLOGIA...................................................................................................................12 4.1

Materiales..................................................................................................................12

4.2

PROCEDIMIENTO........................................................................................................15

5

RESULTADOS......................................................................................................................16

6

CONCLUSIONES..................................................................................................................16

7

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS...........................................................................................16

1

RESUMEN

2

INTRODUCCIÓN Hoy en día, el uso de robots se establece de manera prospera en nuestras vidas. No es ajeno que los robots complementaran o realizaran por completo las actividades de los seres humanos en tareas complejas. La transformación de la tecnología ha influido en casi todos los campos, en ella se podrá observar desde robots que acuden a la limpieza del hogar, asistencia médica, desempeñar profesiones hasta de realizar compañía. En este último, el robot tendrá sistemas capaces de resolver las condiciones de aquellas personas que necesitan de mayor cuidado (niños con capacidades diferentes, personas en silla de ruedas, problemas de equilibrio, ceguera o propensas a ataques). Un claro ejemplo, en la actualidad es el robot Bandit, que interactúa con niños autistas, realizando mímicas, sonidos y demostrar expresiones de la mejor manera posible para que el menor lo interprete fácilmente, lo pueda familiarizar y mejorar sus habilidades poco a poco. Las personas que presentan algún tipo de limitación visual ya sea por pérdida parcial o total de la vista normalmente tienen ciertas dificultades para desplazarse, aún más si el entorno no es familiar para ellos ya que requieren algún tiempo de adaptación al nuevo entorno. Dicho todo esto, la problemática que nuestro grupo ha identificado en las personas con ceguera es su movimiento físico. Lamentablemente, muchas personas no se adaptan a estas personas al encontrarse en calles angostas y espacios sin infraestructura adecuada. Muchas veces tienden a rechazarlos o sobreprotegerlos, cuando en realidad lo que se debería hacer es que logren su independencia.

2.1

Descripción de proyecto Para este proyecto se reunió al equipo para diseñar el mecanismo y funcionamientos. Logramos juntarnos de forma virtual a través de la plataforma ZOOM, lo cual por la coyuntura actual no nos permitió ejecutar esta idea de manera presencial y evitar el contagio de esta terrible enfermedad. Primero, creamos el circuito electrónico, que consta de sensor ultrasónico, resistencias, capacitores, Circuito integrado 555 y buzzer. Segundo, se estudió el mecanismo de fenómenos físicos, para así adaptarlo al requerimiento del cliente. Asimismo, al identificar el objeto de estudio de este proyecto, nos centramos en su audición, que será el medio por el cual el cliente identifique cualquier obstáculo para impedir su destino. Tercero, al conectarlo a una fuente de alimentación de 5V a nuestro circuito electrónico, notamos cierta falencia, que el sonido en el entorno donde se encuentre el usuario, puede afectar a que no oiga correctamente el pitido del robot. Por último, se calculó las medidas de resistividad de resistencia, voltaje, corriente.

2.2

Objetivos: El sentido de este trabajo se basa en la implementación de un robot de compañía para las personas, específicamente en aquellas con la discapacidad de la visión para su desplazamiento con mayor seguridad, motivo por el cual se considera necesario a través de la tecnología y sus avances brindar herramientas y sistemas orientados a personas con este tipo de limitaciones. En nuestro caso es planteado un sistema inteligente que brinde asistencia en el desplazamiento de dichos sujetos en espacios con los cuales no se encuentran familiarizados y mejorar en cierta medida la calidad de vida de las personas para el desarrollo normal de tareas diarias. Ello es posible gracias al estudio de cálculos físicos que vamos a trabajar en clase, como son la aplicación de corriente eléctrica, resistividad, ley de ohm, circuitos en paralelo y capacitancia

3

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Para la elaboración y el buen funcionamiento de este proyecto, es importante tener en cuenta las siguientes definiciones:

3.1

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto, es el trabajo a realizar por unidad de carga para mover dicha carga dentro de un campo electrostático desde el punto de referencia hasta el punto considerado, ignorando el componente irrotacional del campo eléctrico. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado, en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante (figura 1). De forma aritmética se expresa como el cociente. Asimismo, damos a conocer la diferencia de potencial en la batería (figura 2)

𝑉 𝑞 =𝑈

𝑏

∆𝑉 = 𝐸⃗𝑑𝑟

𝑉𝑏𝑎−

Figura 1(fuente propia)

Figura 2(fuente UTP)

𝑉 = − 𝑎∫

3.2

Capacitancia. La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica. El capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático. Un capacitador acumula energía (voltaje) a medida que fluye la corriente a través de un circuito eléctrico. Ambas placas mantienen cargas iguales, y a medida que la placa positiva recoge una carga, una carga igual fluye fuera de la placa negativa. Cuando el circuito está apagado, un capacitor retiene la energía que ha reunido, aunque generalmente ocurre una leve fuga. Es así, que la capacitancia se expresa como la relación entre la carga eléctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensión) entre ellos. El valor de la capacitancia de un capacitor se mide en faradios (F)

.

Figura 3 (Fuente UTP)

Figura 4 (Fuente UTP) 3.2.1 Condensadores en Serie: Los condensadores estarán correctamente en serie cuando son conectados uno tras otro como se muestra en la figura 5

Figura 5 (Fuente UTP)

3.2.2 Condensadores en Paralelo: Los condensadores estarán correctamente en paralelo cuando son conectados uno al lado del otro como se muestra en la figura 6

Figura 6 (Fuente UTP)

3.3

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica se puede definir como la velocidad a la cual la carga fluye a través de una superficie de área. Además, es un conjunto de cargas eléctricas de electrones, se mueven a través de un conductor. Para que esto pueda suceder en necesario que entre los dos extremos de un conductor exista una diferencia de potencial eléctrico (figura 7). Lo cual existen dos tipos, pero nos centraremos en la corriente continua.

3.3.1 Corriente Continua Es proporcionada por pilas o baterías. Estos generadores de energía eléctrica cuentan con un polo positivo y un polo negativo, que siempre son fijos. El polo positivo siempre será positivo y el negativo siempre negativo, al conectar una pila o batería a un circuito, la corriente de electrones siempre circulará del polo negativo al positivo y nunca en sentido contrario (figura 7)

Figura 7(Fuente UTP)

3.4

Ley de Ohm La resistencia eléctrica R de un conductor representa la relación entre la diferencia de potencial V aplicada a sus extremos y la intensidad de corriente eléctrica I que circula por el conductor (figura 8). En la mayoría de los conductores metálicos la experiencia demuestra que esa relación es constante y se conoce con el nombre de ley de Ohm, en honor a su descubridor. Dicha relación puede expresarse de diversas formas (figura 9).

Figura 8(Fuente Propia)

Figura 9(Fuente UTP)

3.5

Resistencia La resistencia de un conductor depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal figura 10 (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal).

Figura 11(Fuente UTP)

4

METODOLOGIA Se investigó acerca del proyecto posible a realizar, así como los beneficios y desventajas de la fabricación. Además, que sea factible y se pueda aplicar temas estudiados como cinética y circuitos eléctricos. Después, en grupo se tomó la decisión más adecuada que nos permita realizarlo con facilidad y sea comprensible para todos Materiales y pasos para seguir en la construcción del prototipo.

4.1

Materiales: 

Sensor ultrasónico HC-SR04

Figura 12 (fuente 3dcontentcentral) 

Resistencias 1Kohm, 330ohm

Figura 13 (fuente 3dcontentcentral)



Circuito integrado 555

Figura 14 (fuente 3dcontentcentral) 

Capacitor cilíndrico 220uF 25V

Figura 15 (fuente 3dcontentcentral) 

Capacitor cerámico 100nF

Figura 16 (fuente 3dcontentcentral)



Capacitor electrolítico 10uF

Figura 17 (fuente 3dcontentcentral) 

Altavoz piezo eléctrico, buzzer

Figura 18 (fuente 3dcontentcentral) 

Resistor variable de precisión 10K ohm para poder ajustar adecuadamente la sensibilidad del circuito o potenciómetro

Figura 19 (fuente 3dcontentcentral)

4.2

PROCEDIMIENTO Primero construimos el circuito electrónico. Conectaremos una alta voz piezo eléctrico (buzzer) para tener una señal que se pueda escuchar de algún objeto que obstruya la distancia. Segundo, conectamos el circuito integrado 555 que se encuentra en modo astable con el sensor ultrasónico, este sensor actúa como oscilador que genera una onda cuadrada de duración variable, la frecuencia de la onda se puede cambiar variando los valores de una o dos resistencias y un condensador conectados como se muestra en el circuito. En este caso emplearemos una resistencia 1 de 10K ohm y resistencia 2 de 1K ohm y un capacitor cerámico de 100nF, al conectar el temporizador a una fuente de voltaje, el capacitor cerámico se carga a través de los resistores R1 y R2. Luego cuando el voltaje del capacitor cerámico, llega a 2/3 del voltaje de alimentación, el comparador interno del circuito integrado 555 se restablece y activa el pin 7 de descarga, esta descarga se da a través de R1 y el mismo pin que es enviado a tierra, el cual es el pin 7 por el temporizador 555. Tercero una vez que el voltaje que hay en una de las terminales del capacitor cerámico disminuya a 1/3 de la fuente de alimentación, el ciclo del encendido y apagado se repetirá, luego, el pin 3 del temporizador va conectado al pin TRIG del sensor ultrasónico, lo cual el funcionamiento de dicho sensor es simple, envía una señal ultrasónica inaudible y nos entrega el tiempo que demoró en ir y venir hasta el obstáculo con lo más cercano que detectó, es decir, generalmente este sensor está conformado por dos cilindros puestos uno al otro, uno de ellos es quien emite la señal ultrasónica, mientras que el otro es quien la recibe. Por último, conectamos la salida ECHO del sensor a un altavoz piso eléctrico, entonces el condensador variable de 220uF está en paralelo con este altavoz, esto para evitar hacer ruido en la salida y funciona como filtro para emitir un sonido más audible y claro para el cliente. Asimismo, el capacitor electrolítico de 10uF que se encuentra en paralelo con la fuente de alimentación es un filtro también para posibles oscilaciones indeseadas de la misma fuente.

Figura 20 (fuente Propia)

5

RESULTADOS

6

CONCLUSIONES

7

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS