Proyecto Final de Mecatrónica Avanzada: Interfaz Brazo Real con Modelado 3D

Este fue mi Proyecto Final de Año de Mecatrónica en la Facultad de Ingeniería Mecánica en Skopje. Su objetivo era desarrollar un dispositivo que permitiera la interacción de movimientos reales del brazo con modelos 3D por computadora. Integré tres campos diferentes en un solo dispositivo: ingeniería mecánica, eléctrica e informática:

• Solidworks para diseñar el modelo 3D que representa los movimientos del brazo.
• Tarjeta Arduino Mega 2560 para conectar el mundo real con la computadora.
• MATLAB / Simulink para programar el control del modelo 3D.

En el siguiente vídeo puedes ver una presentación del proyecto. Este es su contenido:

• Una Introducción. Aquí hablo brevemente sobre la Mecatrónica como campo de estudio que me permitió desarrollar este tipo de dispositivo.
• El Arduino Mega 2560. Algunas características básicas de esta placa Arduino que usé en este proyecto.
• Modelos 3D en Entorno Simulink. Cómo transferir modelo 3D de Solidworks a Matlab / Simulink usando SimMechanics Link.
• Desarrollo del dispositivo. Aquí hablo sobre los componentes que usé para construir el dispositivo y cómo funcionan, así como el modelo Simulink, el programa que se ejecuta en la placa Arduino y permite la interacción entre el mundo real y la computadora.
• Puedes ver el siguiente vídeo o leer el tutorial escrito a continuación.

Construcción del Dispositivo

Partes Usadas en este Proyecto

• Arduino Mega 2560
• Acelerómetro de 3 ejes
• Potenciómetro lineal x5

El acelerómetro se usa para rastrear la orientación del brazo. A medida que el brazo se mueve, los valores de los ejes X, Y y Z del acelerómetro cambian y se leen en las entradas analógicas de la placa Arduino. Según ellos, el modelo 3D también se mueve.

Los potenciómetros se usan para rastrear la posición de los dedos. Conecté un resorte (resorte de bolígrafo) a cada uno de los potenciómetros. El resorte mantiene el deslizador del potenciómetro en una cierta posición y a medida que los dedos se mueven, el deslizador es tirado y la resistencia del potenciómetro cambia. Esos valores se leen en las entradas analógicas de la placa Arduino y según ellos los dedos del modelo 3D también se mueven.

Usé una cubierta de plástico de una calculadora como base en la que conecté los cinco potenciómetros. Encima de ellos puse la protoboard en la que aseguré la placa Arduino y el acelerómetro usando cinta. En la imagen de abajo puedes ver la apariencia final del dispositivo.

Esquema del Circuito del Dispositivo

El Modelo 3D

El modelo 3D es una representación de un brazo humano. Primero, lo modelé usando Solidworks y luego lo transferí a Matlab / Simulink usando SimMechanicsLink de Mathworks.

El Modelo MATLAB / Simulink

Antes de construir el modelo Simulink, primero tuve que instalar el paquete Arduino IO que consiste en la librería Simulink para comunicación con la placa Arduino. También, usando el IDE de Arduino, tuve que subir el código a la placa Arduino que viene con el paquete para habilitar la librería Simulink. Aquí recomendaría encarecidamente mi tutorial de Matlab y paquete Arduino IO para que puedas entender el principio de funcionamiento y ver el código.

Organicé mi modelo Simulink en seis subsistemas:

• Bloques de entradas analógicas Arduino para valores del acelerómetro y potenciómetros
• Corrección de lecturas analógicas según mis necesidades
• Control PID para obtener movimientos más suaves
• Bloques de actuadores de juntas para accionar las juntas del modelo 3D
• El modelo 3D que se generó automáticamente usando SimMechanicsLink
• Bloque sensor de juntas para rastrear la posición del modelo 3D

Puedes descargar el modelo Simulink aquí:

Revisa mi extensión de este proyecto.

Reprogramé el Guante Arduino para funcionar como controlador de juegos.