RUBIK-Bot

Este video muestra un resumen de lo que se basa en sí el proyecto de Laboratorio Mecatrónico y los pasos necesarios para poder realizarlo de manera exitosa.

Step 1: Compra De Materiales Esenciales Para El Proyecto

Los elementos más importantes del proyecto que se deben de comprar son:

- Seis motores a pasos

- Un cubo Rubik al que se le puedan remover los cuadros centrales de cada cara

- Un servomotor (para poder girar un lado del mecanismo para cerrarlo una vez que se colocó el cubo)

Step 2: Tomar (o Buscar) Medidas De Los Componentes Comprados

Antes de trabajar en el diseño CAD, es importante contar con las medidas del cubo y el resto de los componentes para diseñar las piezas a fabricar de acuerdo a esto. Utilizar equipo de medición que tenga una buena precisión, como un vernier.

Step 3: Diseño CAD De Las Piezas a Fabricar

1. Elige un software CAD con el que te sientas cómodo (nosotros utilizamos SolidWorks).

2. Considera las técnicas de fabricación que puedes utilizar antes de diseñar tus piezas (en nuestro caso, utilizamos una cortadora láser y una dobladora CNC para fabricar las piezas principales del prototipo, por lo que utilizamos la función de Sheet Metal de SolidWorks para diseñar muchas piezas).

3. Las piezas más importantes a diseñar son:

- Cuatro bases para contener los motores a pasos que mueven las caras laterales del cubo

- Una base para contener el motor a pasos que mueve la cara superior del cubo

- Una base para contener el motor a pasos que mueve la cara inferior del cubo

- Una base que sostiene todos los componentes

4. Una vez que todas las piezas han sido diseñadas, juntarlas todas en un ensamble para asegurar que sus medidas sean correctas

Step 4: Fabricación De Las Piezas

1. Tener definidos los modelos CAD.
2. Para generar la cara nueva del cubo emplear un modelo de fresado donde se redondean las esquinas de la materia prima y con un cortador realizar la abertura del cople que se generara posteriormente. Verifique que la nueva tapa pueda entrar en el cubo rubik sin problemas. En este prototipo se utilizó el fresado para crear bloques casi cuadrados del mismo tamaño que las caras centrales, y se les realizó un rasurado también utilizando freidora.

3. Para la creación de los coles que tiene el motor se utilizó el proceso de torneado. Primero se comenzó por tornear la parte inferior del cople para dejarla del doble del diámetro de la flecha del motor, seguido de esto, la parte superior del acople se metió a la freidora para generar una especie de T. Finalmente se hace una perforación del diámetro de la flecha y una perforación perpendicular a esta para el opresor.

Step 5: Fabricar Torres Para Sostener Motores

Estas torres se fabricaron utilizando una hoja metálica de calibre 16, se cortaron con corte láser CNC y se doblaron utilizando corte láser CNC. Se deben fabricar cuatro.

Step 6: Fabricar Base Para Sostener El Mecanismo

Step 7: Hacer Pruebas Mecánicas Antes De Montar

Para asegurar que el tamaño y funcionamiento de las piezas fabricadas sean los correctos, hacer un montaje de las piezas

Step 8: Montar Sistema Mecánico

Para poder montar el sistema mecánico se usaron tornillos M3 a 10 mm entre la placa metálica y el motor a pasos.

El servomotor también tiene un tornillo que en su eje que va uniendo la placa con el y tiene como ayuda una rueda loca en el mecanismo que permite abrir y cerrar la puerta.

Step 9: Diseño De Sistema Electrónico

Los principales componentes que se necesitan para este proyecto son:

- Arduino MEGA

- RAMPS 1.4 shield

- Placa perforada pequeña

- Seis controladores de motores a pasos

-Fuente de alimentación a 12 Volts CD

1.-Para esta parte se diseño primero el diagrama eléctrico en Eagle y posteriormente se busco la manera de adaptar este diagrama a un shield y adaptar una de las entradas a una placa perforada.

2.-Se verifico con continuidad todas las conexiones entre los pines y los motores así como con la fuente de alimentación y se realizaron pruebas eléctricas de los componentes.

3.-Si las conexiones fueron realizadas correctamente se colocara la fuente de alimentación dentro de la placa que tiene el robot como se ve en la ultima imagen

Step 10: Programación

Para esta etapa se empleo un algoritmo de matlab en el siguiente enlace

https://la.mathworks.com/matlabcentral/fileexchang...

Por medio de este algoritmo se encuentran las rutas para resolver el cubo por medio de comandos que el usuario mete como inputs al programa y el genera el algoritmo de resolución. Este hace una interfaz de comunicación entre Matlab y Arduino para realizar el control de comunicación adecuado.

Es importante que se identifique al meter la información a la interfaz de Matlab las caras que se están considerando como FRONT, BACK, RIGHT, LEFT, UP y DOWN, pues de esto dependerá si se manda correctamente la información a Arduino, para hacer los giros de los 6 motores, uno por cara.

La programación en Arduino se basa en primero reportar los pines del Arduino a los que están conectados el STEP, DIRECTION y ENABLE de cada uno de los motores.

La manera en que el programa recibe las instrucciones de movimiento es con comandos SERIAL que son ingresado en el MONITOR SERIE. Al ingresar un número del 1 al 6 el programa manda llamar la instrucción que lo relaciona con cada motor, y da un giro de 90 grados a favor de las manecillas del reloj. Por otro lado cuando se le da una letra de A a la F el programa manda llamar el ciclo que gira el motor 90 grados en contra de las manecillas del reloj.

Con la correcta secuencia desplegada por MATLAB e ingresada en Arduino, el cubo Rubik debe solucionarse en menos de 5 segundos, sin importar la complejidad de la solución.

Step 11: Ensamblaje Final Y Pruebas

Si todos los pasos anteriores fueron realizados correctamente se tendrá un prototipo final que lucirá de la siguiente manera y que debe de funcionar de la mejor manera posible, resolviendo el cubo Rubik en tiempo record.