Araña robotica

1. Informe de la araña robótica
Sebastián Aguilar
Abner Silva
Jean negrete
Dorlin constante
Ingeniería mecatrónica, Universidad Simón Bolívar
Resumen
El proyecto consiste en una araña robótica, que es diseñada y programada gracias a los
conocimientos adquiridos de las diferentes materias de la carrera de mecatrónica, tendrá un
control mediante sensores que enviaran una señal que pondrá en marcha el funcionamiento
de los actuadores que en nuestro caso serán los servos motores, los cuales transmitirán el
movimiento mediante las articulaciones que se pueden observar en el diseño.
La araña robótica va a ser capaz de moverse al momento que la señal emitida por la
fotorresistencia llegue a los actuadores (servos motores), la funcionalidad que se busca es
que el mecanismo cuando detecte luz se mueva en dirección a esta.
Para la fuente de alimentación se utilizará una batería de 5v capaz de mover los 12 servos,
donde el objetivo es hacer que la araña se traslade, también se utilizara el microcontrolador
Arduino, por medio de un cable USB se pasara la información de la computadora al Arduino,
utilizaremos un programa para realiza el código que haga lo que nosotros le ordenemos, con
el fin de lograr nuestro propósito.

2. Palabras claves:
Arduino, programación, araña robótica, fotorresistencia, servomotores
OBJETIVOS
• El objetivo de este trabajo es realizar el funcionamiento de la araña robótica, se
utilizarán diversas estructuras mecánicas, electrónica y circuitos entre otras cosas.
• Utilizar el conocimiento de varias materias y aplicar lo aprendido
• Utilización de una fotorresistencia el cual se encargarán de mandar la señal a los
servos, con el fin de que la araña siga la luz.
DESCRIPCION DEL PROYECTO
La araña al momento que se detecte la luz va ser capaz se seguirla, esto se logra con una
programación y montando un circuito para la foto resistencia, con ayuda de un transistor.
Y los motores de ambos lados son los que guiaran el movimiento hacia delante.
Las condiciones del terreno deben ser adecuadas para el mecanismo ya que solo se podrá
mover en superficies lisas puesto que las patas y los motores no tendrán la fuerza total
requerida ya que la corriente dada por nuestra fuente de alimentación va a ser limitada
debido a la exigencia del circuito de control. Los motores son delicados y la hoja de datos
nos dice que solo podrán ser energizados con 6V máximo y 4.8V mínimos para seguir la
iluminación.

3. MARCO TEÓRICO
Micro servos MG90S metálicos:
El servo MG90S tiene un conector universal tipo “S” que encaja perfectamente en la mayoría
de los receptores de radio control incluyendo los Futaba, JR, GWS, Cirrus, Hitec y otros. Los
cables en el conector están distribuidos de la siguiente forma: Rojo =Alimentación (+), Cafe =
Alimentación (–) o tierra, Naranja= Señal PWMEste tipo de servo es ideal para las primeras
experiencias de aprendizaje y prácticas con servos, ya que sus requerimientos de energía son
bastante bajos y se permite alimentarlo con la misma fuente de alimentación que el circuito de
control. Por ejemplo, si se conecta a una tarjeta Arduino, se puede alimentar durante las pruebas
desde el puerto USB del PC sin mayor problema.
Servomotor
El servomotor es un dispositivo electrónico que posee un eje controlado. Este puede llevarse
a una posición específica y mantenerse dependiendo de la señal de control que se le ingrese
en torno a un rango de operación. El servomotor consta de un conversor de ancho de pulso a
voltaje, un amplificador de error, una resistencia variable (potenciómetro) que está conectada
al eje principal del motor, engranajes y un motor de corriente directa DC. El tamaño de los
servomotores dependiendo de su aplicación al igual que, el torque, la velocidad y el peso
varían, permitiéndoles adaptarse a casi cualquier tipo de trabajo, son comúnmente usados en
proyectos de robótica debido a su facilidad de control en la posición angular del eje de salida.
Existen distintos tipos de servomotores, algunos de esos son:
• Servomotores de CC.

4. • Servomotores de AC.
• Servomotores de imanes permanentes
CARACTERÍSTICAS:
• Voltaje de operación: 4.8~6v
• Velocidad de operación: 0.1 s/60º (4.8v), 0.08 s/60º (6v)
• Torque detenido: 1.8 kg/cm (4.8v), 2.2 kg/cm (6v)
• Con cojinete
• Banda muerta: 5 µs
• Peso ligero: 14 g

5. • Dimensiones compactas: Largo 22.5 mm, ancho 12 mm, altura 35.5 mm aprox. •
Largo del cable: 25 cm aprox.
• Piñonería metálica
Funcionamiento
Para la ubicación del servomotor en un punto deseado, éste utiliza un sistema de control
interno que mediante una señal externa obtendrá el punto de referencia requerido. La señal
con la cual se realiza el control de posición es de tipo cuadrada con un periodo fijo. La
variación del ancho de pulso de esta señal será la encargada de modificar el ángulo de
posición, a medida que se incremente su ancho de pulso ubicará el motor en un ángulo mayor.
Un potenciómetro conectado por un costado directamente al eje principal del servo y por el
otro al amplificador de error, permite supervisar el ángulo o estado actual del servomotor, ya
que al rotar el servomotor el potenciómetro también lo hará y esto indicará un valor en voltaje
en una de las entradas del amplificador. Como la información de la ubicación que se desea
está indicada por medio del ancho de pulso de la señal de control, para poderla comparar con
la señal de voltaje producida por el potenciómetro se necesita un conversor de ancho de
pulso-voltaje generando así su representación en una señal de voltaje que por medio del
sistema diferencial del amplificador modificará la posición del eje de salida hasta que los
valores se igualen y el servo pare en la posición indicada

6. Variación de la posición de un servo motor con respecto al ancho de pulso.
Configuración de cableado para el servo motor.

7. Arduino Nano:
Arduino Nano es una placa de desarrollo de tamaño compacto, completa y compatible
con protoboards, basada en el microcontrolador ATmega328P. Tiene 14 pines de
entrada/salida digital (de los cuales 6 pueden ser usando con PWM), 6 entradas analógicas,
un cristal de 16Mhz, conexión Mini-USB, terminales para conexión ICSP y un botón de
reseteo.
Posee las mismas capacidades que un Arduino UNO, tanto en potencia del microcontrolador
como en conectividad, solo se ve recortado en su conector USB, conector Jack de
alimentación y los pines cambia un formato de pines header.
Cables jumper macho-hembra:
Un jumper o saltador es un elemento que permite cerrar el circuito eléctrico del
que forma parte dos conexiones.
La función del cable macho-hembra es con frecuencia usado en el tablero
protoboards haciendo posible la conexión de dos elementos, uno ingresado en
dicho tablero y el extremo opuesto al sensor (normalmente).

8. Se conoce como macho-hembra debido al fragmento que sobresale de un extremo
del cable y la superficie creada para el ingreso de un pin.
Protoboards:
La protoboards es una placa de pruebas para electrónica que contiene numerosos orificios en
los que es posible insertar cables y otros elementos electrónicos para montar circuitos
provisionales.
La ventaja de este dispositivo es que no requiere soldar sus componentes para tener un
circuito operativo.
Los orificios se encuentran conectados por bajo a través de pequeñas láminas metálicas que
siguen un patrón determinado:
– Los orificios ubicados en una misma fila se encuentran unidos entre sí.
– Los que están en filas diferentes no tienen conductividad entre si.

9. Un breadboard, como también se le conoce, es ideal para analizar el diseño de un circuito
determinado, sin que tengas que soldar sus componentes.
La intención es crear o modificar circuitos con la mayor rapidez y fluidez posibles.
Es fundamental para llevar a cabo experimentos. Si el circuito funciona entonces se monta el
circuito de forma definitiva. Si, por el contrario, el circuito no funciona lo más recomendable
es hacer una revisión exhaustiva, hallar el fallo y corregirlo. Es posible que se necesiten usar
otros elementos de laboratorio como son el Osciloscopio.
fotorresistencia:
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el
aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor,
fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya sigla, LDR, se
originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Los valores de la resistencia para
estos dispositivos varían dependiendo del uso que le demos y la luz disponible, los valores
típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.

10. • Modelo: 5528
• Voltaje máximo: 150 V DC
• Potencia máxima: 100 mW
• Pico espectral: 540 nm
• Resistencia a la luz: 10 K a 20 K ohmios
• Resistencia a la oscuridad: 1 M ohmios
• Tiempo de respuesta (ms): Arriba: 20 / Abajo: 30
• Material: carbono
• Tamaño: 5 x 3 mm / 0,2 x 0,12
•
Actuador
Los Actuadores son los dispositivos encargados de generar el movimiento de los elementos
móviles del robot según las órdenes dadas por la unidad de control; entre la diversidad de los
actuadores, el servo motor es uno de los dispositivos más utilizados en la robótica. Unas de
las tantas razones que justifican el uso del servomotor y que lo hacen asequible al trabajo en
esta área, son las dimensiones, consumo de energía, costo y sistema de control.

11. Batería de 5v:
Las baterías son dispositivos que almacenan energía eléctrica en forma química y la liberan
después como corriente continua de forma controlada.
Todos los tipos de baterías contienen un electrodo positivo y uno negativo sumergidos en un
electrolito, y el conjunto completo se encuentra dentro de un recipiente.
La mayoría de las baterías de Yuasa son de plomo-ácido, lo que significa que tienen
electrodos positivos y negativos formados por compuestos de plomo en un electrolito de
ácido sulfúrico diluido.
Las baterías de plomo-ácido son baterías secundarias, lo que significa que pueden recargarse
después de que se hayan descargado.
Las baterías primarias pueden descargarse sólo una vez y después hay que desecharlas, como
algunos tipos de baterías de radio y linterna.

12. TABLA DE COMPONENTES DEL SISTEMA
Análisis estático
Torque = F x d
Se suma el chasis de la araña, la batería, el peso de los 12 servos y demás componentes para
hallar el peso total
70 g + 500 g + 160.8g + 6g= 736.8 g = 0.7368kg
Este peso se tiene que dividir entre 4 que corresponde al número de patas
0.7368 kg / 4 = 0.1842 kg
Este es el peso que tiene que soportar una pata de la araña
d (distancia) que mide la pata de la araña es 16 cm
Torque de los servos Mg 90s = 1.8 kg/cm
Componentes del sistema Pesos (g)
Arduino nano 5 g
Foto resistencia 1 g
1 micro servo Mg90s 13.4 g
protoboard 70 g
chasis de la araña 500 g
12 micro servo Mg90s 160.8 g

13. 1.8𝐾𝑔 ∗ 𝑐𝑚 = 1.8𝐾𝑔 ∗ 9.8
𝑚
𝑠2
∗ cm
𝑚
100𝑐𝑚
= 0.1764 N ∗ m
𝑀𝑔90 𝑇𝑀𝑎𝑥 = 2.2 kg/cm
2.2𝐾𝑔 ∗ 𝑐𝑚 = 2.2𝐾𝑔 ∗ 9.8
𝑚
𝑠2
∗ cm
𝑚
100𝑐𝑚
= 0.2156 N ∗ m
Motor 1
Para esta posición M1 no soporta carga. La línea de acción de la fuerza aplicada por 1/4 peso
de la araña pasa por el eje de M1
Motor 2
Mientras que el motor 2 debe soportar un torque de 0.009015N x m
0.184kg/cm x 5 cm = 1.803N x 0.05 m = 0.009015N x m
Se concluye que el motor si es capaz de soportar ese torque
Motor 3
Para esta posición el eje de M3 es paralelo a la línea de acción de la fuerza ejercida por ¼ del
peso de la araña. Por lo tanto, el motor M3 no soporta ninguna carga.
En conclusión, se puede decir que el motor 2 puede realizar un torque con facilidad ya que
el torque que necesita hacer es menor al torque máximo que puede soportar el motor.

14. ESQUEMA DE LOS CENTROS DE MASA DE CADA MOTOR
M2 M 1
5 cm
11
cm
M 3
23
0.7368 kg

15. Velocidad de operación del servo motor: 0.1 s/60º (4.8v), 0.08 s/60º (6v)
0.1 s /60º = 1.047 rad/s
Actividades realizadas
En la practica de laboratorio de electrónica analógica se hizo el circuito de la
fotorresistencia donde se utilizó lo siguiente:
Materiales para desarrollo de la práctica en el laboratorio
• Un transistor

16. • Protoboard
• Multímetro
• Fuente de alimentación
• Resistencias o potenciómetros
• Cables para realizar el circuito
• Fotorresistencia

17. Este circuito nos va a permitir que la araña robótica siga la luz con la ayuda de la
programación

18. Conclusiones y recomendaciones
El proyecto al principio fue complicado ya que se tuvo que implementar los conocimientos
adquiridos de diferentes materias, en el transcurso del armado se presentaron muchas
problemáticas, con el análisis de posicionamiento de los servos. Pero con pruebas pudimos
lograr que la araña se moviera, también hay que tener en cuenta que el voltaje que es
recomendado utilizar para mover los servomotores es de máximo 6v ya que si tienen mucho
voltaje no van a funcionar de la misma manera. Con este proyecto pudimos entender mejor
el funcionamiento de una fotorresistencia y de los transistores.
Con todas las piezas a la mano, se ha procedido a ensamblar la totalidad del robot e incorporar
el circuito de la fotorresistencia. En este punto, se ha procedido a realizar todas las pruebas
necesarias para validar la funcionalidad del proyecto.
La robótica y la inteligencia artificial cuentan con un enorme potencial para
transformar muchos aspectos de nuestra vida. El ámbito de la tecnología que impulsa el
desarrollo de robots, ha estado presente desde hace décadas en la construcción, así como en
fábricas de automóviles, escuelas, hospitales y viviendas privadas.

19. Bibliografía
arduino.cl. (s.f.). Obtenido de https://arduino.cl/arduino-nano/
electronilab. (s.f.). Obtenido de https://electronilab.co/tienda/micro-servo-metalico-mg90s-
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Ferrer, V. (s.f.). Obtenido de https://vicentferrer.com/protoboard-breadboard/
Granados, L. A. (2015). Obtenido de
https://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/portalIG/home_74/recursos/visual-basic-
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excel/17052017/u5_fotoresistencia.jsp#:~:text=Una%20fotorresistencia%20es%20un%20c
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Yuasa. (2014). Obtenido de https://www.yuasa.es/informacion/automocion-comercial-servicios-
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