0.consideraciones
Antes de empezar a diseñar cosas a lo loco hay una serie de consideraciones previas que condicionan fuertemente el proyecto:
Disponibilidad de material
Lo más fácil a la hora de proyectar algo es pensar en las piezas y materiales que convengan, pero eso puede resultar muy caro si hay que encargarlas a medida. Para ahorrar costes es conveniente saber qué ofrece el mercado, y utilizar materiales estándar.
En la práctica la cosa cambia. Por ejemplo, yo quiero 4 ruedas de poliamida de unos 3cm de ancho y unos 10 de diámetro, y casi cualquier fabricante las tiene en catálogo y te las envía a casa. En paquetes de 100. Hay comercios a los que puedes ir y pedir las ruedas que quieras, y si no las tienen las traen. En paquetes de 100. Entonces habrá que conformarse con lo que tengan: de hasta 3cm de anchura sólo he visto 3 modelos, y el mayor de ellos tiene un diámetro de 6.2cm, lejos de los 10 que buscaba. Puede que haya más sitios que vendan ruedas sueltas, pero se trata de almacenes y allí tienes que hablar con el mozo de almacén, que no sabe ni quiere tratar con público. Al mozo no le puedes explicar el problema que quieres resolver, ni describir lo que necesitas en un castellano comprensible. Él espera un número de referencia o el nombre de un artículo de "su" catálogo, y te lo trae. En paquetes de 100.
Al final, siempre que no necesite paquetes de 100 (o barras de 6m, o motores de 50CV) lo más práctico para conseguir materia prima es hurgar en las basuras de los talleres y fabricar lo que haga falta con varillas de soldar, discos de corte y desbaste para la amoladora. Y si no puedes conseguir ni siquiera un sucedáneo de lo que necesitas siempre queda la opción de cambiar el diseño.
Seguridad de operación
Uno de los objetivos esenciales es que el autozulo sea un sistema seguro de almacenamiento, que no deje caer mercancías ni provoque incendios. Conviene no olvidar que:
el par caja-portacajas pesa unos 25 kg en vacío, así que no será difícil alcanzar los 70 u 80 con carga.
la mercancía no puede ir dando tumbos o girando.
un motor cortocircuitado es peligroso.
para monitorizar la máquina voy a utilizar mecanismos que pueden fallar y confundir al programa de control.
tanto la parte mecánica como la lógica van a ser mi primera incursión en el mundo de los automatismos, y aunque tengo confianza en mí mismo soy realista: fallará de una u otra forma.
voy a usar un PC viejo con Windows XP, y los errores de hardware o del sistema son como las meigas: haberlos haylos.
Habrá que tomar algunas medidas para evitar problemas, como:
sostener el portacajas con cuatro cables paralelos que actúen al unísono, uno en cada esquina.
diseñar mecanismos capaces de soportar sobre-esfuerzos.
colocar interruptores que corten la corriente a los motores si se pasan de largo y el programa no lo detiene a tiempo.
hacer que el programa compruebe constantemente que la situación de todos los sensores es compatible con lo que está haciendo.
Agarre de cajas
El subsistema de agarre es el responsable de
coger cajas siendo capaz de "saber" con certeza si las ha cogido bien o no.
transportarlas de modo que no puedan soltarse pase lo que pase.
soltar las cajas con la seguridad suficiente como para poder elevar el mecanismo sin que arrastre la caja que acaba de soltar.
Varios factores pueden influir en el proceso de dejar y coger:
Si hay un desnivel en el apoyo de una caja, la parte superior quedará desplazada horizontalmente de su posición ideal.
La caja quizá se estaba balanceando cuando se dejó, e hizo contacto con el suelo cuando estaba en una cresta de la ondulación.
Al ir a cogerla, puede que el portacajas baje balanceándose también, y haga contacto en la cresta opuesta a la anterior.
Finalmente, cabe la posibilidad de que el mecanismo de parada no sea muy preciso, y se haya pasado unos milímetros al dejar. Por el mismo precio, puede quedarse corto unos milímetros al ir a coger.
Las desviaciones pueden compensarse, pero si se suman puede ser terrible. Las medidas a tomar pueden ser:
Disponer de una superficie horizontal para el apoyo (infraestructura)
Mecanismo de enganche que reajuste las holguras (agarre)
Evitar el balanceo durante la bajada, quizá con una pausa entre la parada y el inicio de la bajada (vertical y control)
Un mecanismo de parada preciso (horizontal y control)
Separar las cajas y poner guías entre ellas (infraestructura).
Amortiguar el balanceo de alguna forma.
Al margen de los problemas que pueda tener para encajar (nunca mejor dicho) el portacajas, el porte es un momento delicado. Aunque el mecanismo de agarre es seguro, no estaría de más que el carro tuviera un conmutador que cortase la corriente al portacajas siempre que no estuviera apoyado. De esa forma evitaríamos que pudiera soltarse una caja el vilo, incluso voluntariamente.
Movimiento vertical
La actividad vertical se limita a bajar el portacajas hasta que esté apoyado correctamente, y subirlo hasta que toque un sensor de fin de recorrido. Aunque parezca poco excitante tiene sus dificultades:
Al llegar abajo el apoyo debe ser en horizontal, y para comprobarlo mediré el tiempo transcurrido desde que un cable pierda la tensión de sustentar el portacajas hasta la hayan perdido los otros tres. Supongo que no harán falta más allá de dos décimas de segundo.
Al subir y bajar va a haber una diferencia considerable entre hacerlo de vacío o con mucha carga, por lo que necesitaré emplearme a fondo con el control de velocidad del motor: necesito mucho par y poca variación de velocidad.
Al llegar arriba, el portacajas debe ajustar muy bien para evitar balanceos en todas las fases del transporte horizontal, y no remolonear cuando toque bajar.
Durante el viaje la carga tiene querencia al suelo, y puede que la vibración ayude a que el mecanismo de elevación vaya cediendo. Se puede detectar un descuelgue de pocos milímetros y corregirlo con el motor vertical antes y durante cada viaje horizontal.
El subsistema vertical es el más proclive a recibir órdenes arbitrarias por parte del usuario para:
dejar una caja en el suelo y no alejar el portacajas porque va a terminar enseguida.
colocar en una banqueta o un carro una caja que ya tenemos en el suelo.
abortar la bajada de una caja porque ha visto que no es la que quería.
hacer demostraciones de manejabilidad.
Movimiento horizontal
En un principio asusta la idea de que un carro tenga que colocarse con precisión sobre una caja, pero es más fácil de lo que aparenta: una serie de marcas en el carril van a señalar posiciones de parada. Las cajas no van a residir en *su* sitio, sino donde se paró el carro y la depositó. La única dificultad es que la parada del carro cargado sea compatible con la del carro vacío.
Lo deseable es que las cajas no pasen mucho tiempo viajando de acá para allá. Entonces cuanto más rápido mejor, pero la inercia del carro transportador podría ser un problema. El ímpetu será mucho mayor cuando vayamos a dejar una caja de 50kg que cuando vayamos de vacío a cogerla, y el objetivo es lograr un desfase de menos de 10mm.
Para el posicionado horizontal vamos a distinguir cuatro etapas:
viaje: arranque progresivo y velocidad máxima (estaría bien llegar a 50cm/s).
aproximación: deceleración progresiva hasta unos 10cm/s.
colocación: deceleración progresiva hasta alrededor de 2cm/s.
parada: detención y espera a que la mercancía se estabilice.
Al contrario que en el caso anterior, no voy a necesitar mucho par motor, pero hace falta un rango de velocidades muy amplio.
El tempo de la maquinaria
Normalmente al programar se establecen secuencias de operaciones, y cada paso se ejecuta cuando acaba el anterior. El primer obstáculo al programar una máquina es que el devenir de los acontecimientos viene marcado desde fuera, y todo es muy lento si lo comparamos con la velocidad de un PC.
Para agujerear una pared con un taladrador lo preparamos, colocamos en situación, y pulsamos el gatillo. Inmediatamente el motor se pone en marcha. Si vemos que va al revés lo paramos, accionamos la palanquita de cambio de sentido y volvemos a pulsar. Ajustamos la velocidad a ojo, apretando más o menos el gatillo según el ruido que haga. Cuando la profundidad es suficiente soltamos el gatillo, aunque se puede soltar antes si salen chispas o agua del orificio.
Taladrar con un PC comienza por activar el conmutador electromecánico (o relé) que selecciona el sentido de giro del motor, y esperar unas centésimas de segundo a que se hayan movido los contactos antes de entregar corriente al motor. Empezaremos administrando la electricidad según el indique la configuración especificada. Transcurrido un segundo aproximadamente ya debe haber alcanzado la velocidad prescrita, y a partir de entonces vamos vigilando un interruptor que se va cerrando y abriendo conforme gira el motor. Si el tiempo entre cambios se sale de un rango determinado habrá que acelerar o decelerar, para tratar de mantener el motor en un régimen de giro óptimo. Si el tiempo de giro resulta excesivo habrá que pensar que el motor se ha agarrotado y hay que abortar el proceso. También hay que ir comprobando otros interruptores para saber si la broca ya ha perforado la profundidad necesaria, si se ha roto, si el usuario ha decidido abortar el proceso (o sólo hacer una pausa). Cuando por una u otra razón se decide parar el motor, hay que dejar de entregarle corriente, y esperar a que el interruptor de giro esté mucho tiempo sin cambiar de estado antes de dar por finalizada la operación.
Tal y como se ha descrito el proceso hemos empleado 8 medidas de tiempo, que forman parte de la configuración del programa y deben poderse modificar hasta llegar a un buen equilibrio:
cambio de sentido*
cadencia del patrón de alimentación*
alcanzar la velocidad prescrita
giro demasiado rápido
giro demasiado lento
agarrotamiento
frecuencia de vigilancia de llegada a tope*
parada
Los tiempos marcados con un asterisco pueden ser comunes, pero los otros 5 tendrán que ser específicos de cada motor, y de cada sentido de movimiento al menos en el caso de las subidas y bajadas.
El tiempo de parada no es común para cada sentido de funcionamiento, ni equivalente al de agarrotamiento. Veámoslo con un ejemplo: una caja pesada que esté bajando ayudará al motor, que puede tardar varios segundos en detenerse. En el lado opuesto, cuando un motor va lento lo vamos acelerando. Si aún "con el acelerador a tope" tarda, entonces está agarrotado y lo estamos quemando. Hay que pararlo inmediatamente sin esperar tanto tiempo como en el caso anterior. Los ingenieros utilizan circuitos que miden el consumo de un motor para saber si se ha agarrotado, pero esa tecnología se me escapa. La tendré en consideración en el próximo proyecto, junto con los motores paso a paso.