Construcción de un equipo de equilibrado de una esfera sobre plataforma móvil para docencia

Abstract

Hoy en día hay un gran interés, por parte de las empresas y de los particulares, en que las cosas se realicen de forma automática. La automatización de procesos tiene amplios beneficios como una reducción de los ciclos de producción, un aumento de la seguridad y de la efectividad y un abaratamiento de dichos procesos. Es por ello por lo que se está poniendo mucho empeño en optimizar la automatización, la cual depende de muchos factores, entre los que destaca el sistema de control. Además, cada vez se trata de concienciar más a los alumnos sobre este tema, haciendo que profundicen en su estudio mediante ejemplos reales. El proyecto “ball on plate” es un clásico problema de control el cual mezcla tanto una parte mecánica como una parte electrónica. Mecánica por el hecho de tener que diseñar y construir una estructura capaz de sostenerse y de rotar en ambos ejes X e Y, según dicten los servos empleados. Electrónica en tanto en cuanto se debe manejar esa estructura para controlar totalmente el movimiento de la esfera dentro de la pantalla resistiva. Para ello, se emplearán los sensores adecuados, todos ellos supervisados por un microprocesador que, en este caso, será la Raspberry Pi. Podría decirse que el “ball on plate” es una actualización del famoso “ball and beam”, proyecto el cual está formado por un rectángulo estrecho sobre el que reposa una esfera. Dicha esfera está controlada por el movimiento de un solo servo que garantiza su estabilidad. En este caso, la esfera solo se mueve en un eje, por lo que tanto el diseño de su estructura como el control de la esfera son más asequibles que en el caso del “ball on plate”, donde la esfera se mueve en dos ejes y serán necesarios al menos dos servos para controlar su movimiento.

Nowadays there is a great interest, on the part of companies and individuals, in things being done automatically. The automation of processes has extensive benefits such as a reduction in production cycles, an increase in safety and effectiveness and a reduction in the cost of these processes. For this reason, great efforts are being made to optimise automation, which depends on many factors, including the control system. In addition, it is increasingly important to make students more aware of this subject, making them study it in greater depth by using real examples. The "ball on plate" project is a classic control problem which mixes both a mechanical and an electronic part. Mechanical since it is necessary to design and build a structure capable of supporting and rotating on both X and Y axes, as dictated by the servos used. Electronic inasmuch as this structure must be managed to totally control the movement of the sphere within the resistive screen. Due to this, the appropriate sensors will be used, all of them supervised by a microprocessor that, in this case, will be the Raspberry Pi. It could be said that the "ball on plate" is an update of the famous "ball and beam", project which is formed by a narrow rectangle on which rests a sphere. This sphere is controlled by the movement of a single servo that guarantees its stability. In this case, the sphere only moves in one axis, so both the design of its structure and the control of the sphere are more affordable than in the case of the "ball on plate", where the sphere moves in two axes and at least two servos will be necessary to control its movement.