Banda transportadora desarmable control de velocidad con arduino

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Banda transportadora modular y desarmable construida con componentes industriales

BANDA TRANSPORTADORA MODULAR Y DESARMABLE

Este proyecto surge como necesidad de tener una replica en miniatura de un sistema industrial, en este caso una banda transportadora para ser usada con fines educativos para el entrenamiento en automatizacion industrial ya sea mediante PLC, Arduino, Raspberry Pi o alguna otra plataforma programable mediante software.

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En general existen 2 categorias para estos dispositivos: Los que ya vienen listos para usar y que por lo generalmente son bastante robustos y muy bonitos esteticamente hablando y los que se pueden fabricar en casa con materiales relativamente economicos y faciles de conseguir. La gran mayoria de estos equipos listos para usar son costosos para muchas escuelas e instituciones, ademas sus piezas de repuestos solo pueden conseguirse por medio del fabricante oficial.

Por otro lado la gran mayoria de bandas transportadoras que se encuentran publicadas en internet, son construidas en madera y plastico ( la gran mayoria de veces usando elementos muy economicos o reciclados ). Si bien estos diseños son validos como pruebas de concepto o como proyectos de fin de curso, no son lo suficientemente robustos para poder ser usado por alumnos por muchos dias consecutivos sin que se dañen

El diseño aqui presentado trata de reunir lo mejor de ambos mundos con las siguientes caracteristicas:

* Apariencia industrial
* Se puede desarmar y armar multiples veces sin generar daño alguno.
* Puede ser almacenado muy poco espacio, facilitando el transporte cuando no se usa.
* Piezas de repuesto se pueden conseguir con relativa facilidad

Elementos necesarios para el ensamblaje de la banda transportadora modular

ESTRUCTURA BASICA USANDO COMPONENTES INDUSTRIALES

Para la construccion de la estructura basica se sugiere que se use el mostrado en "estructura universal para planta piloto" publicado en un articulo anterior. Una de las grandes diferencias es que en este proyecto se deben introducir previamente al al perfil las 12 tuercas en T que fijaran los rodamientos, las 2 tuercas en T que fijaran el soporte del motor y otras dos adicionales que fijaran la electronica de control. Esto debe hacerse antes de armar el marco.

A continuacion se presentara una lista de referencia de los componentes a utilizarse, puesto que depende de cada persona las dimensiones finales del montaje ( que dependeran de las longitudes de los perfiles elegidos) asi como la cantidad de ejes que se ubicaran a lo largo de la banda.

* Perfil de aluminio extruido 2020 ranurado en T "largos"
* Perfil de aluminio extruido 2020 ranurado en T "cortos"
* Angulo interno en forma de L y tornillos prisioneros con cabeza allen
* Cojinete de sujecion con rodamiento interno para varilla de 8mm
* Tornillos cabeza hexagonal allen M5 x 8
* Tuerca para ranura en T
* Ejes lisos en acero de 8mm
* Banda dentada GT2
* Motor paso a paso NEMA 17
* Soporte en angulo para motor paso a paso NEMA 17
* tornillos cabeza hexagonal allen M3 x 6
* Polea dentada 16 dientes GT2 para motor 5mm
* Polea dentada 20 dientes GT2 para ejes 8mm
* Llaves hexagonales allen de 1.5, 2 y 4 mm

Detalle de las tuercas en T dentro de los perfiles

TRANSMISION DE MOVIMIENTO

Este diseño esta concebido para que tener la menor cantidad posible de elementos mecanicos, sin embargo se requiere la realizacion de dos pasos muy especificos que no son tan triviales: Cortar y pegar la correa dentada que transmite el movimiento del motor a uno de los ejes, y confeccionar la banda o cinta transportadora propiamente.

Banda dentada a la medida

Si no de dispone de una banda dentada del tamaño respectivo, se puede confeccionar una a la medida usando una banda mas grande, cortandola y pegandola de algun modo. La forma mas simple de hacer esto sin utilizar elementos especializados para este proposito, consiste en lijar o remover un poco los dientes de un lado de la banda, pegar los dos extremos mediante un pegamento para caucho ( no utilizar pegamento super rapido pues la juntura queda demasiado dura), luego coser con hilo y aguja para reforzar la union. Se puede utilizar una pinza dentada para correa sin fin para alinear perfectamente el espacio entre los dientes de los dos extremos de la banda antes de pegarlos.

Una vez con la banda dentada a la medida, la tension puede ser modificada alejando o acercando el conjunto de motor/soporte a lo largo del perfil en el cual estan montados.

Banda transportadora a la medida

Para evitar el uso de tensionadores adicionales, se debera recurrir a un material bastante elastico para la confeccion de la banda, se puede usar un neumatico viejo, ( de ser posible de auto y entre mas grande mejor ) esto garantizara que la superficie de la banda sea lo mas regular y plana posible. Otra alternativa esteticamente mas agradable, pero mucho menos resistente, seria utilizar una banda elastica usada para ejercicios o yoga.

Se debera calcular la longitud de la banda, para que sea un poco mas pequeña que la distancia entre los ejes mas alejados, de forma que esta se tensione sola. Para pegar los extremos de la banda, se recomienda usar un pegamento para caucho ( de nuevo, no usar pegamento super rapido, pues la juntura quedaria demasiado dura), y realizar los cortes de los extremos de la banda en un angulo aproximado de 45 grados, de esta forma se obtiene una menor resistencia y movimiento de la banda mas suave cuando la juntura se aproxima a alguno de los ejes.

Fabricacion de correa dentada y banda transportadora a la medida

CONTROL DE VELOCIDAD CON ARDUINO

El control de velocidad esta concebido para un motor paso a paso de hasta 2 Amperios usando un modulo A4988. Se utiliza un Arduino Nano para realizar la automatizacion de la banda. Se tienen los siguientes controles:

* Display de 7 segmentos y 3 digitos multiplexado que muestra la velocidad de la banda en RPM ademas de algunos otros mensajes.
* Parada de emergencia, una vez pulsado solo se puede sacar de este estado desactivando mecanicamente el interruptor y poniendo el control de velocidad a 0.
* Control de velocidad. se puede modificar la velocidad desde 0 hasta 300 RPM aproximadamente
* Selector de direccion de la banda.

El circuito se monto en una tarjeta de circuito impreso universal y dentro de una caja plastica que puede ser sujetada a la estructura de la banda, usando tornillos y tuercas en T debidamente introducidas al perfil.

El sistema se puede alimentar con una tension entre 14-26V y posee un diodo para proteccion de inversion de polaridad. Se agrego una base para un integrado RS-485 que va conectado a los pines RX y TX del arduino para una futura expansion para control y monitoreo remoto.

Control de velocidad para banda transportadora con Arduino Nano y modulo A4988 para motor paso a paso

PRUEBAS Y CONCLUSIONES

- Se realizaron pruebas con tapas de refrescos como objetos transportados en la banda. Si se quiere mover objetos con mayor peso o un poco mas alto, se debera adicionar rodillos para dar mas estabilidad a estos.

- Para mejorar un poco la traccion se puede agregar algun material que aporte friccion al eje que esta conectado al motor, como por ejemplo un poco de recubrimiento termoencogible.

- En revoluciones muy bajas del motor se observan vibraciones considerables, este es un fenomeno que ocurre en los motores de paso, cuando la frecuencia con que se entregan los pulsos se acerca a su frecuencia de resonancia natural. Probablemente se debera adicionar algunas juntas de goma entre el motor y en las patas para minimizarlas.

- La corriente maxima del motor usado es de 1.2 Amperios, por lo tanto se fijo la corriente maxima a entregar por el modulo A4988 en 1 Amperio, ademas este es el valor maximo recomendado si no se utiliza algun medio de enfriamiento adicional al modulo.

- Para una parada de emergencia aun mas efectiva, se podria cablear en serie el contacto normalmente cerrado (N.C) de la parada de emergencia con el voltaje de alimentacion del motor, de esta forma aun cuando el arduino no responda a la detencion del motor este dejara de moverse por falta de electricidad.

- El envio de pulsos al modulo A4988 se implemento usando la funcion tone() del Arduino, esto hace que la frecuencia mas baja que se pueda enviar al motor es de aproximadamente 30 Hz.

DOCUMENTACION

(Ver en la parte inferior - Archivos adjuntos)

* Articulo en PDF.
* Codigo fuente del programa Arduino.
* Esquematicos de circuito de control de velocidad con Arduino Nano.

VIDEO

Video demostrativo del ensamblaje de los distintos componentes, ademas de las pruebas realizadas