Se proponen mejoras que se le pueden hacer al exoesqueleto con el fin de darle un mejor rendimiento, sin embargo, quedan abiertas las discusiones sobre las mejoras que se le pueden hacer a futuro a manera de tener un trabajo de calidad.
Los servomotores son una buena fuente de ayuda en proyectos en donde se necesita control de posición sin sacrificar torque y potencia de los mismos.
Actualmente en el mercado existen gran variedad de servomotores, dependiendo de su tamaño, torque, tipo de engranaje, si es analógico o digital, el precio varía desde los $150 M.N hasta los $2400 M.N., claro está, que éstos son de C.D.
Como recomendación para trabajos futuros, se seleccionan estos 2 tipos de servomotores, el mostrado en la fig. 7.1 ronda entre los $750 M.N, es de tipo analógico y tanto su mecanismo como su estructura son de plástico.
El mostrado en la fig. 7.2 ronda entre los $2350 M.N., motor tipo digital, la estructura es de plástico pero su mecanismo es de titanio.
Fig. 7.1 Servomotor HITEC analógico
Para controlar éste tipo de motores, en el mercado existen tarjetas que son compatibles con muchas marcas de servomotores, además de soportar varios de éstos conectados simultáneamente y controlados por computadora.
Se seleccionan este tipo de tarjetas debido a su relación costo - utilidad al ahorrarse mucho trabajo si se desease fabricar una tarjeta controladora, además que estos componentes ya cuentan con un su software para programación.
La primera tarjeta mostrada en la figura 7.3, tiene un precio comercial de $360 M.N., mientras que la segunda, mostrada en la figura 7.4 se puede conseguir por $560 M.N.
Fig. 7.3 Control para servomotores micro maestro 6CH
Fig. 7.4 Control para servomotores mini maestro 12CH
Si se cuentan con mejores recursos económicos, lo ideal es realizar cotizaciones por catálogo con proveedores y fabricantes de motores.
Tanto los servomotores como los motoreductores son muy buena opción, aunque los reductores se recomiendan más con engranaje de tipo corona sin fin, para evitarse los problemas de vencimiento por gravedad.
Se recomienda utilizar motores de tipo C.D., debido a que su función va de acuerdo a los requerimientos del exoesqueleto, que pueda desplazarse de un lado a otro sin problemas de energía, si se utilizan motores de C.A. forzosamente se requiere mantenerse conectado a una fuente de energía o en su caso tener convertidores de voltaje bastantes razonables. En éste proyecto, se utilizaron sensores de aceleración para obtener las posiciones de los motores, si se cuenta con un poco más de recursos, se pueden utilizar giroscopios.
Un giroscopio o giróscopo son piezoeléctricos utilizados habitualmente en aviones y helicópteros de radio control para compensar de forma automática la inclinación. La entrada del giróscopo se conecta en lugar del servo que se quiere compensar y el servo se conecta a su vez al giroscopio. Todas las órdenes de control pasan directamente al servo de forma transparente.
Tan pronto como se produce un movimiento angular (por ejemplo inclinación) el giróscopo manda al servo una señal proporcional para compensar el movimiento. En el caso de los robots, la salida en lugar de conectarse a un servo, se conecta a un microcontrolador que puede leer la anchura del pulso del giróscopo y así saber cuándo se requiere corregir la inclinación.
Éste tipo de sensores, son un excelente recurso si se desea controlar posición respecto al ángulo terrestre, qué es otra forma de control para el exoesqueleto.
Para el control de motores de C.D., lo ideal es utilizar transistores para controlar el sentido de giro, en el circuito propuesto se utilizaron relevadores para accionar a cada uno de los actuadores, sin embargo, el control no es el óptimo y no se manipula por completo la posición de cada articulación.
Con los transistores, el desempeño es óptimo aunque se necesita aislar muy bien la etapa de potencia con la lógica, para evitar caídas de tensión y que el trabajo no sea correcto.
Los transistores tipo Mosfet, los cuales su símbolos son mostrados en la figura 6.5, son una excelente opción, aunque hay que considerar que necesitan un voltaje mayor en la compuerta al que se requiere drenar, entre 2 y 4 V más, de lo contrario, la tensión necesaria para activar el transistor a la máxima conducción se descontará de la tensión de alimentación y al motor le llegarán 10 Volts o menos. De este modo, se tendrá una máxima circulación de corriente a través de “Drain – Source” para hacer girar el motor al máximo, con una diferencia de potencial de 2 Volts o más entre estos dos terminales del transistor.
Fig. 7.5 Símbolo del transistor tipo Mosfet
La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados, p-mos, n-mos y c- mos, debido a varias ventajas sobre los transistores bipolares:
Consumo en modo estático muy bajo
Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra)
Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño
Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una impedancia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de los nano amperios
Un circuito realizado con MOSFET no necesita resistencias, con el ahorro de
superficie que conlleva
La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los
nanosegundos
Una excelente opción para activar el "gate" de los mosfet, es el integrado MC34063A, cuyo circuito es el propuesto en la figura 7.6, que entrega una tensión de 14 a 16 Volts (a partir de 12 Volts de entrada) mediante una configuración Step-Up. Con un muy sencillo circuito, se obtendrá la tensión necesaria para activar de manera correcta los Gates de los MOSFET asegurando un funcionamiento pleno de los transistores con máxima potencia entregada al motor y menor disipación de calor en los encapsulados de los transistores.
El material de diseño, Nylamid, sigue siendo una excelente opción, cabe decir que también depende del ambiente y el lugar en el cual valla a operar, si se requiere un trabajo cerca de calderas o lugares con muy altas temperaturas, no es recomendable, puesto que es un plástico y éste se derretirá.
Con ésta parte se concluye el trabajo, aunque no corresponde directamente con la Ingeniería en Control y Automatización y se da un mayor énfasis al área de robótica y mecánica, se pretende crear un medio en cual las materias que se asignaron a lo largo de todo el ciclo escolar puedan ser aplicadas a un área diferente.
Sin embargo no hay que olvidar que las bases para la mayoría de las ingenierías son la mecánica y la electricidad, independientemente de la especialidad que cada individuo tome, el buscar un medio diferente donde aplicar lo aprendido en clases es una oportunidad para el desarrollo de nuevos productos.