Diseno de Brancusi

UNIVERSIDAD NACIONAL

AUTONOMA DE MEXICO “FACULTAD DE INGENIERIA”

Equipo 4: El diseñador y los Brenan. Página 1

Brancusi

Alumnos: Avilés Hernández Gerardo Rene

Rivera Colin Héctor

Castillo Barranco Héctor

Asignatura: Diseño Mecatrónico

Profesor: Ing. Pedro Morales Delgadillo

Grupo: 4




Objetivo.

Diseñar e implementar los dispositivos y mecanismos para otorgar el

movimiento a un cubo (escultura brancusi) de acuerdo a las especificaciones

de nuestro cliente Ing. Pedro Morales Delgadillo.

Introducción.

Enrique Carbajal "Sebastián"

nació en Chihuahua, México en 1947 y

desde finales de los años sesenta empezó

a crear una obra escultórica única en la

tradición mexicana y latinoamericana. Su

vocación constructiva, alimentada por

los principios del arte cinético, se

expresó inicialmente en la creación de

esculturas transformables, o que se

desdoblan, entre las cuales su cubo

flexible bautizado como Leonardo 4

constituye un ejemplo inigualable.

Sebastián es miembro del World Arts Forum Council con sede en

Ginebra; es investigador de tiempo completo de la UNAM, miembro del

Consejo Consultivo del Consejo Nacional para la Cultura y las Artes (CNCA)

y beneficiario del Sistema Nacional de Creadores 1994-1996.

Cubo Transformable Brancusi4. Medidas con la forma inicial de Cubo

de 20 cm por cada lado. Diferentes medidas al transformarse. Material

plástico. Firma en un costado del cubo, aparece junto a la Eedición

138/500. El Cubo se transforma en varias vistas, siempre unido en una sola

pieza.




Entrevista con el cliente.

Se realizo la entrevista con el cliente para poder establecer que

elementos son importantes para el, además, de llegar a un común acuerdo para

la implementación de la escultura, a continuación se muestra las preguntas que

se realizaron:

• Cual será la implementación del dispositivo (brancusi)?

R= Entretenimiento visual

• A continuación te mostrare algunos aspectos y tendrás que escoger 3

que sean mas importantes para ti:

1. Dimensiones

2. Peso

3. Material

4. Movimiento

5. Velocidad

6. Estática

7. Mecánica

8. Electrónica

R= Movimientos suaves que no brinque que regrese a su posición natural con

suavidad, las dimensiones se las proporcionare, interfaz con el usuario para la

comunicación (inalámbrica), materiales llamativos y de uso exterior referente

a la estética.

• La implementación será de una sola exposición?; Esto pensado en que

se pueda utilizar mensual, semanal o diario.

R= Generar espectáculo semanalmente.

• Que tipo de mantenimiento planteas para este dispositivo?

R= Mínimo, no quiero que se desarme cada vez que termine su función.




• Que tiempo estará en funcionamiento?

R= Descanso de una hora entre presentaciones.

• Requieres de un modo en especial de implementar el control (micro

controlador)?

R= Es libre, de acuerdo a sus conocimientos.

• Cuantos movimientos o transformaciones se realizaran?

R= Son dos posiciones.

• Requieres de un mínimo de elementos?

R= Que sean mínimos pero no tengo un numero, entre menos mejor, deseo

que en el diseño se implementen todos los elementos a detalle, no

necesariamente en el prototipo.

• Se realizara producción masiva?

R= Dependerá de la aceptación del publico.

• Algún otro aspecto que desees?

R= Por el momento no si requiero de alguna otra cuestión se les avisara.




Especificaciones.

• Estética: Colores y materiales vistosos

• Tiempo de uso: Serán 2 transformaciones de manera que el

movimiento sea suave (esto determinara el tiempo en el que las

realicen), el descanso del dispositivo será de una hora entre

presentaciones.

• Movimiento: Suave que se note una cadencia natural.

• Mantenimiento: Mínimo.

• Interfaz: Inalámbrica (no precisada).

Árbol de objetivos.

A continuación se muestra el principal árbol de objetivos con los elementos

más importantes, cabe mencionar que cada uno de los elementos se

representara como un árbol de objetivos (ver sección anexo A):

Figura 1: Se muestra el diagrama “Árbol de funciones”, para así satisfacer las necesidades del cliente.




Funciones.

Las funciones de nuestro dispositivo estarán en función de nuestras

entradas y esto permitirá que se procesen de cierta manera para lograr tener

nuestra salida que es la condición de movimiento de nuestro dispositivo, a

continuación se muestra un diagrama que explica a grandes rasgos el proceso

que se implementara:

Figura 2: Muestra Cuadro de funciones “caja negra” (ver sección anexo A).

Mediante la señal que envié la interfaz (que fue producida por el

usuario) al micro controlador (que a su vez se encuentra alimentado por la

energía, todo el circuito electrónico) este tomara la decisión de alguna de las 2

transformaciones y mandara la señal a los actuadores que a su vez harán que el

mecanismo funcione y produzca dicha transformación (movimiento).




QFD (Quality Function Deployment).

QFD es un proceso que asegura que los deseos y las necesidades de los

clientes sean traducidas en características técnicas. Estas características son

manejadas por la compañía mediante la función del diseño. El principal

objetivo de las funciones realizadas es centrar el producto o servicio en la

satisfacción de los requerimientos del cliente (ver sección anexo A, donde se

muestra el proceso de QFD).

Diseño conceptual.

En este apartado se realizaran los bosquejos del dispositivo “Brancusi”,

esto permitirá conocer las dos transformaciones que se implementaran en el

mismo a fin de satisfacer las necesidades del cliente en cuanto a forma y

dimensiones (ver sección de anexos A numero 3).

Los materiales y elementos seleccionados serán seleccionados como

existentes de venta en comercios o proveedores, para agilizar el proceso de

implementación a fin de mantener de lado el proceso de manufactura de los

mismos. Cabe mencionar que dependerá de cada elemento si se tenga que

explicar la decisión por la cual fue tomado, ya sea por un método ó por

facilidad en la implementación.

La conformación de este proyecto se encuentra en satisfacer en corto

plazo la implementación del mismo.




Selección del material con el que se conformaran los prismas rectangulares del brancusi.

La selección de material es importante para determinar el motor que se

desea implementar para esto lo decidiremos por matriz de decisión:

Características Importanci

a (0-100) Porcentaje Material (Acrílico)

Material (Sintra)

Material (aluminio)

Peso 80 45% 1 2 0

Costo 80 35% 1 -1 -2

Flexibilidad 50 5% -1 2 -2

Manufactura 70 10% 0 1 2

Estética 50 5% 2 1 2

Totales 330 100% 0.009090909 0.015151515 0

Ponderación (-2,2)

-2 peor

2 mejor

Tabla 1: Muestra la matriz de decisión para el material que se ocupara de la estructura del brancusi.

SINTRA.

El SINTRA es un material plástico, ligero, rígido y durable con el cual se

pueden construir estructuras fácilmente debido a que se puede cortar con

navaja, perforar, taladrar, pintar, pegar con silicón, Cola-Loka, etc. El

SINTRA es un material termo deformable, es decir, se puede doblar al

sumergirlo en agua caliente y mantener esa forma al enfriarse.

Grosor: 3mm; Densidad: 0.40 - 0.90 g/cm3




Características:

• Impermeabilización.

• Ignífugo y auto extinguible.

• Preservación del calor.

• Anti sonoro.

• Aislamiento.

• Non-corrosión.

• No tóxico.

• Resistente, rígido con la fuerza de alto impacto.

• Retención estable del color.

Especificaciones:

• Grueso (milímetro): 1 – 32.

• Anchura (milímetro): 1220, 1560, 2050.

• Longitud (milímetro): 2440, 3050, 6000.

• Color: blanco, negro, rojo, azul, amarillo, verde, gris.

Para la obtención del peso de cada componente del cubo se procede a obtener

la superficie de las partes que componen los 8 elementos que a su vez

conforman el cubo brancusi:

Superficie de la Parte A [cm^2] y volumen [V]: espesor = 3 [mm] = .03

[cm]

(8.5*8.5)/2 = 36.125 [cm^2]

(7.5*6.5)/2 = 24.375 [cm^2]

6.5*6.5 = 42.25 [cm^2]

13*8.5 = 110.5 [cm^2]

V = (36.125+24.375+42.25+110.5) (.03) = 6.3975 [cm^3]




Superficie de la Parte B:

(6.4*6.4) = 40.96 [cm^2]

(16.8*9.3) = 156.24 [cm^2]

V = (40.96+156.24) (.03) = 5.916 [cm^3]

Se procede a encontrar el peso de cada parte con ayuda de la densidad y el

volumen (con el espesor de nuestro material escogido):

Tomamos la densidad del material y la multiplicamos por el volumen para

obtener el peso de nuestra pieza completa:

Densidad = 0.40 - 0.90 gr/cm3 ; Volumen = (5.916+6.3975) = 12.3135

[cm^3]

P = D*V = (.90) (12.3135) = 11.822 [gr]

Las medidas proporcionadas para el prisma rectangular fueron proporcionadas

por el cliente como medidas mínimas, por lo cual se obtuvieron los datos

anteriores. (Proveedor Robodacta)




A continuación se muestra las dos partes que componen a cada elemento del

brancusi: les llamaremos Parte A y B correspondientemente:

Figura 4: Muestra la Parte A para conformar el isométrico de una de los 8prismas rectangulares que conforman el brancusi.

Parte A




Figura 5: Muestra la Parte B para conformar el isométrico de una de los 8 prismas rectangulares que conforman el brancusi.

A continuación, se muestra la tabla de matriz de selección para nuestro motor,

que será el que genere el movimiento para realizar las posiciones requeridas

por el cliente (la cantidad de motores estará en función del peso del brancusi):

Características

Importancia

(0-100) Porcentaje

Motor

(CD)

Motor

(Servo)

Motor

(pasos)

Peso 80 45% 2 0 0

Costo 80 35% 2 -2 -1

Dimensiones 80 5% 1 -1 2

Precisión 30 10% -1 2 2

Velocidad 50 5% 2 0 0

Totales 320 100% 0.01875

-

0.003125 0.009375

Ponderación (-2,2)

-2 peor

2 mejor

Tabla 2: Muestra la matriz de decisión para el Motor que se ocupara de generar el movimiento en el brancusi.

Parte B




Dimensionamiento del motor.

Motor propuesto: Motor de CD de alto par 12 [V].

Tabla 2: Muestra las especificaciones del motor de alto par seleccionado para mover la estructura de nuestro brancusi.

Figura 6: Muestra motor de alto par seleccionado para proporcionar movimiento a la estructura del brancusi.

Debido al espacio reducido que se encuentra en cada uno de los prismas

rectangulares para la colocación de los motores se opto por tomar el motor con

forma plana para cubrir el menor espacio en caso de tener que hacer

instalación de algún sistema de transmisión por medio de engranes o poleas.

En el caso de tener diferentes materiales como acero, se deberá pensar en

servomotores que debido a su alto par y manejabilidad en la posición deseada

Lugar del origen: China

(continente)

Marca: Hua chen Voltaje (V): 12.4-21V Eficiencia: Otros

Velocidad (RMP): 21RPM-208RPMCorriente

Continuos (A):3.7-6.9A

Número de

Modelo:

motor de serie

9FG/12FG

Uso: Coche, Bicicleta

Eléctrica.

alto motor

de la C.C.

del

esfuerzo de

torsión 12v:

competitivo Uso: Industrial

Certificación: CE, ROHS Tipo: Motor del

engranaje

Función: Conducción Velocidad: Velocidad

variable

Torsión: 110-2260N.cm Construcción: Imán permanente Energía: C.C. 12V Estructura: armadura

impresa

Conmutación: Cepillo Proteja la

característica:

Impermeable Forma: forma plana




pueden conllevar a obtener un mejor resultado, sin embargo manejamos que el

precio de las partes sea bajo, además de fácil implementación.

Bisagras

En este elemento se planea usarlo para proporcionarle conectividad entre los

prismas rectangulares de manera de acople entre prismas, debido a su

simplicidad al generar movimiento circular entre conexiones nos ayuda a

implementarlo en el brancusi, a continuación se muestra el tipo de bisagras

que se ocuparan:

Tabla 3: Muestra el tipo de bisagras a ocupar para el acople entre prismas triangulares en el brancusi.

Figura 7: Bisagras de la marca VEKER, imagen meramente representativa, se ocuparan de 3 agujeros.

Tipo Medidas [in] Color Proveedor # piezas Agujeros

Bisagra de cabeza

plana y perno fijo

2.5x1.75 Cromo satinado VEKER

4 3

Bisagra de cabeza

plana y perno fijo

1.5x1.4 Cromo satinado VEKER

4 3




Sistema de transmisión.

Debido al espacio reducido que se tiene al interior de cada prisma

rectangular, nuestra mejor opción es optar por una transmisión de engranes de

plástico, estos se pueden encontrar de varios tamaños, dado que el motor que

analizamos es capaz de mover el peso de 2 prismas rectangulares se considera

una transmisión por engranes 1: 2 de primera instancia y la siguiente 1:1 (con

el calculo de la relación anterior RT) para modificar el par de nuestro motor

incrementándolo y manteniéndolo en distancia hacia el engrane receptor de

ese movimiento, en la selección del sistema optamos por ocupar materiales

reciclados como el sistema de transmisión ocupado en las impresoras y

escáner para posicionar o mover ya sea la tinta o el barrido de imagen.

Dado que conocemos las rpm de entrada podemos ajustar a lo siguiente:

Figura 8: Muestra el análisis para obtener la relación de engranaje mediante la velocidad angular y los radios de cada engrane .




Donde:

ω� = Velocidadangulardeentrada[rpm]

ω� = Velocidadangulardesalida[rpm]

r� = Radiodesalida[in]

r� = Radiodeentrada[in]

Entonces lo que podemos realizar es proponer un r� y determinar r�, con esto

se determina también la relación de transmisión.

�� =#�� !"# #$

#�� !�"%&'!(�#

Incremento en el par.

Tenemos nuestro radio de engrane que seleccionamos sera $)* y ɷ, lo

propondremos, dado que tenemos que ɷ)* = 208$%" tomados del máximo

de nuestro motor seleccionado, para el primer engrane.

$)* = 27.3"" ; ɷ,3 = 104$%" ; Por lo tanto:

$,3 =$)* ∗ 7)*

7,3

= 27.3 ∗208

104= 54.6[""]

Obtuvimos el paso diametral para el 2º engrane $,3 .Después se colocara un

tercer engrane en el mismo eje que el segundo con las mismas

especificaciones que el primer engrane. Determinando así la RT = 1:2.

En el siguiente engrane ya que no requerimos modificar las rpm solo

transmitir el par se opto por una relación 1:1 esto lográndose con solo colocar

el mismo engrane que se calculo anteriormente con el mismo paso diametral.




Tabla 4: Muestra los elementos seleccionados para acoplar el sistema de transmisión al brancusi, se instalaran 4 de estos sistemas en los prismas rectangulares.

Cabe mencionar que si

proponemos un engrane

este estará en función

(conseguirlo, comprarlo,

etc.) de nuestro diámetro

de eje del motor para su

acople, en la siguiente

tabla se muestra una serie

de elementos para

constituir nuestro sistema

de transmisión, la idea de

ocupar poleas y bandas

es para suavizar el

movimiento en la

transformación de

nuestro brancusi.

Tabla 5: Muestra los elementos existentes en un sistema de transmisión de impresora ó escáner, los elementos nos

ayudaran a el acople con el motor para proporcionar el movimiento al brancusi.




Componentes electrónicos.

Dispondremos de los elementos utilizados a lo largo del curso

(practicas), para adecuar un sistema de elementos electrónicos para inducir la

señal que controlara el movimiento del brancusi, mediante los componentes

antes vistos (motor cd).

• Perfil de velocidad motor de CD.

• Controlar la posición de un motor de CD mediante un control

proporcional.

• Sistema de radio frecuencia con PIC 16f887 (no visto en clase).

Perfil de velocidad motor de CD.

Por medio de la técnica de modulación de ancho de pulso se puede

realizar un control para sistemas que están a larga distancia ya que se puede

evitar la interferencia proveniente del exterior permitiendo realizar un control

de la forma más óptima.

El circuito que recibe la señal modulada permite transformar la serie de pulsos

en una señal análoga, el cual es llamado circuito demodulador de ancho de

pulso. Para un mejor control el Ton mínimo o Toff mínimo debe ser al menos

el 10% del periodo y el Ton máximo 90%.

La aplicación del PWM se realiza por medio del PIC16F887, el cual posee un

módulo interno de PWM, donde se puede extraer una gran gama de pulsos los

cuales van a tener una precisión bastante grande, debido a que trabaja con

tiempos de 1uS.

La parte de potencia donde se piensa controlar el motor es un puente en H, el

cual va a ser diseñado para soportar la máxima corriente de arranque que el

motor tiene en ese instante.




Los datos que se necesitan para obtener el perfil de velocidad son datos de

nuestro motor propuesto (ver sección anexo A donde se detalla dicho

procedimiento).

Controlar la posición de un motor de CD mediante un control proporcional.

Se requiere realizar un control digital de posición que nos permita

posicionar con precisión el motor D.C, para que así el error de estado

estacionario de la posición del motor sea cero. Otro requerimiento es que el

motor alcance muy rápidamente su posición final. Esto quiere decir que

tratamos que el tiempo de respuesta se máximo.

Para lograr esto, dispondremos de un circuito analógico que incorpora todas

las funciones necesarias para realizar el diseño y control. La eficiencia del

sistema va ligada a los parámetros de la planta. La retroalimentación se hará

por medio de un potenciómetro acoplado al eje del motor, el cual enviará una

señal analógica al circuito de amplificadores operacionales y transistores.

Figura 9: Diagrama de bloques del control proporcional de un motor de CD .




Sistema de radio frecuencia con PIC 16f887.

El sistema de implementación básicamente es sencillo se necesitan 3

principales elementos:

1. Modulo transmisor.

2. Modulo receptor.

3. Micro controlador.

Con base en esto la

implementación básicamente

un clásica aplicación de

transmisión y recepción serial

haciendo uso de los módulos

USART, en ambos micro

controladores. Para la

comunicación mediante

radiofrecuencia se toman en

cuenta ciertas pautas en el

desarrollo del algoritmo, elegir

una adecuada velocidad de

transmisión de datos, proveer

de retardos de tiempo en partes

clave del algoritmo, etc.

Conviene también probar

aisladamente el funcionamiento

de ambos módulos y la

transmisión y recepción de

radiofrecuencia.

Figura 10: Datasheet módulos de transmisión RF (transmisor y

receptor).




Figura 11: Circuito físico de la implementación de la transmisión mediante RF con dos micro controladores (imagen meramente demostrativa).

Con estos puntos resueltos solo queda implementarlos en el cubo brancusi

para hacer las pruebas pertinentes y modificaciones a fin de obtener el

movimiento y requerimientos del cliente.

Estética.

En este apartado se proponen ideas para lograr este punto importante

para el cliente que tienen que ver en gran medida con los materiales utilizados

y elementos complementarios para lograr captar la atención del consumidor en

este caso los espectadores de la presentación de la escultura brancusi. A

continuación se presentan varias alternativas para lograr este requerimiento:

• Implementar colores llamativos: se propone

ocupar colores en el material del brancusi

(Sintra), colores básicos, rojo, negro, verde,

azul, etc.

Figura 12: Colores básicos, para implementar en el material Sintra.




• Formas ó figuras: Dado que la forma primordial esta compuesta por

prismas rectangulares que forman un cubo (brancusi), podemos optar

por implementar un diseño en las dos partes que no sostienen

componentes para el movimiento del mismo, en la sección de CAD se

implemento una corte en el material (al azar) para así poder de igual

manera captar mas la atención hacia la escultura una vez que se

encuentre funcionando.

Figura 13: Imagen representativa de bosquejos de figuras para implementar en nuestro cubo brancusi.




• Iluminación: una alternativa seria

colocar Leds de alta luminosidad para

darle un efecto de proyección de

imagines del punto anterior, así

captar en mayor medida la atención

del consumidor.

• Aroma: todos nos sentimos relajados con ciertas esencias u olores,

podríamos adaptar un dispensador en alguno de los prismas

rectangulares (sin entrometernos con el espacio reservado para el

sistema de movimiento) para que en el momento del movimiento se

desprenda la esencia y así poder dar un gusto extra a la demostración

del brancusi.

Figura 15: Imagen representativa de la manera en como el aroma fluye en el aire para propagar la esencia en nuestro brancusi.

Figura 14: Colores básicos, para implementar en el material Sintra.




Interfaz.

Las interfaces de usuario son aquellas que incluyen elementos como

menús, ventanas, teclado, ratón, los beeps y algunos otros sonidos que la

computadora hace, y en general, todos aquellos canales por los cuales se

permite la comunicación entre el ser humano y la maquina. La mejor

interacción humano-máquina a través de una adecuada interfaz (Interfaz de

Usuario), que le brinde tanto comodidad, como eficiencia.

Nosotros proponemos una interfaz de control de Nintendo, en el cual permita

que al pad (flechas), arriba y abajo creen las transformaciones 1 y 2

correspondientemente, el botón A será para confirmar la orden, el botón B

servirá como reseteador para cambiar la selección en caso deseado, el botón

de Start servirá para encender el cubo Brancusi (sistema electrónico) y el

botón de Select s función servirá para regresar a su estado original (cubo).

Transformaciones

Botones de

confirmación y rest

Encendido y regreso a

posición original

Figura 16: Interfaz con el usuario, control de nintendo, aplicación con

RF mediante PIC 16f887.




Manual de implementación.

1. Cortar la placa de Sintra con las medidas de cada pieza a utilizar.

2. Bisagra: se montara en la parte inferior de la Pieza 1 y 2, colocándolas

de una secuencia primaria (1,3,5 … 9)para otorgar el movimiento de el

brancusi (ver sección anexo A, CAD) con tornillos o pijas.

3. Motor: Se procede a montarse en la Pieza número 2 tomando las

medidas requeridas para que se acople a la transmisión que se

conjuntara con la bisagra.

4. Se añade el circuito que contralara los sistemas de control de motor

CD, posición del mismo, iluminación y aroma (cableado a

consideración del armador) en las piezas necesarias.

5. Prismas rectangulares: cada prisma se constituye de 3 piezas, Pieza

1(2), Pieza 2 (1) y tapa (2), se proceden a unir con adhesivo (kola

loka), cuidando primero en la Pieza 2 montar los elementos como

motor, trasmisión (si es requerida), sistema de iluminación y aroma.

6. Una vez obtenidos los primas se construye el brancusi de tal manera

que su movimiento se acorde a lo establecido (tomar en cuenta

posición de los elementos en el CAD, si no se describe será libre).

7. Debido a que la comunicación es por Radio Frecuencia el circuito

exterior se armara en un control de nintendo la interfaz para lograr las

posiciones requeridas (ver interfaz).

8. Divertirse ¡!!!!

Documents

Diseno de Brancusi