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Resumen
Abstract
Control del Brazo Mecánico.
Figura 1. Geometría del brazo mecánico.
Antecedentes.
Procedimiento de Diseño.
Planteamiento del problema.
Tabla de estados.
Tabla 1, Asignación de estados del movimiento del brazo mecánico.
Mapas de Karnaugh:
Tabla 2, Mapa de Karnaugh de 6 variables.
El GAL16V8 posee las siguientes características.
Uso de la computadora personal.
Con el OPAL se transforma el archivo "file.jed" a "file.ckt"
Figura 3. Simulación del archivo "brazo.lst"
Si la simulación produce resultados satisfactorios
Figura 4, GAL Aplicado al Control de un Brazo Mecánico.
Resultados.
Referencias Biobliográficas.
Se diseña un circuito secuencial y se estructura la programación del circuito integrado GAL16V8, sus terminales de salida se usan para controlar el movimiento del brazo, a través de tres motores de 5 Vdc.
Se producen así, tres grados de libertad, que son; pinzas de sujeción, brazo y soporte, respectivamente.
El movimiento se activa con engranes dispuestos en un mecanismo "planetario".
Los motores se energizan con una interface que se implementa con transistores de potencia.
En general, los GAL, son circuitos integrados de lógica programable que utilizan tecnología MOSFET, éstos cuentan con un arreglo matricial de fusibles que inicialmente conectan todas las terminales de entrada del circuito, con todas las compuertas de un arreglo AND-OR.
Además contiene una sección denominada Macrocelda Lógica de Salida OLMC (Ouput Logic Macro Cell), que es una sección del GAL que incluye a los elementos necesarios para configurar sus salidas, de cuatro maneras lógicas distintas.
Con los GAL´s se proporciona una herramienta versátil en la solución de sistemas lógicos combinatorios o secuenciales.
Los circuitos que se generan con
esta técnica de diseño son pequeños y consecuentemente
económicos.
Indice
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Por regla general los adquieren las universidades, los centros de investigación y las industrias [6].
La tarea del proyecto "Estructura y Programación de Arreglos Lógicos Genéricos (GAL´S) con Aplicación al Control de un Brazo Mecánico", es mostrar un brazo mecánico con tres grados de libertad, éste se controla a través de la programación de arreglos lógicos genericos (GAL).
En términos de construcción y geometría, los brazos de robot educacionales siguen la misma estructura de los grandes manipuladores industriales, por lo general poseen menos ejes independientes de movimiento [6] y [7], más adelante se muestra el proceso de generar la obtención de expresiones matemáticas Booleanas mediante una lógica de diseño secuencial, para manipular los tres movimientos diferentes del brazo, se utilizan motores de 5 Vdc, dos de estos motores incluyen un sistema de caja reductora (sistema planetario) que disminuye el giro del motor a pequeños movimientos del eje de salida, con un par de giro muy alto, estos motores se usan para el movimiento de giro del sistema y del brazo que sube y desciende, respectivamente.
El tercer motor permite el control de cierre y apertura de la tenaza de sujeción o pinzas de agarre (veáse la figura 1).
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Los primeros PLD´S se programaron por máscara y se desarrollaron por fabricantes de computadoras, a principios de los sesentas llegó la lógica programable por fusibles y desde entonces ésta técnica, estuvo disponible tanto para pequeños como para grandes usuarios [1].
La tarea del diseñador lógico
se simplifica con el uso del software, existen programas con los que actualmente
se realizan tareas de diseño y minimización de lógica
secuencial, esto es, representación Booleana de alto nivel, el software
facilita la selección de dispositivos y ayuda a generar vectores
de prueba para la simulación del circuito antes de su implementación
final.
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La cantidad de Flips Flops se determina por el número de estados necesarios que se encuentran presentes en el circuito, la lógica combinatoria se deriva de la tabla de estados, y una vez que se definen el tipo y número de Flips Flops, el proceso de diseño sufre una transformación, de ser un sistema secuencial, se modifica, para que se resuelva como un circuito combinatorio.
Las expresiones lógicas se
minimizan mediante mapas de Karnaugh. El GAL16V8 se programa con el compilador
que ofrece el software OPAL [5], la programación se inicia al describir
el archivo que indica el tipo de dispositivo a utilizar, la asignación
de terminales, y las ecuaciones lógicas de las salidas respetan
la sintaxis del compilador.
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La secuencia de movimientos a realizar se ejecuta según las necesidades del problema a resolver.
En este caso se mueve un objeto de un lugar a otro. Primeramente obtengase una secuencia a partir de las variables que intervienen en el desarrollo del movimiento del sistema mecánico, esto es, la asignación de variables de estados que gobiernan la secuencia requerida.
Un motor controla el movimiento de abrir y cerrar las pinzas de sujeción, otro motor acciona el movimiento del brazo desde arriba y hacia abajo, y el tercero de ellos hace girar en forma rotacional el mecanismo de soporte de toda la estructura del brazo mecánico.
Con referencia a las ecuaciones que se obtienen para su aplicación en el brazo de robot, y dada la existencia en el mercado, utilicese el GAL16V8, tres motores de 5 Vdc, y una interfáz de potencia de transistores para cada uno de los motores.
La secuencia del problema a resolver es la siguiente:
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La descripción de los movimientos
de cada uno de los tres motores se simboliza con las letras, Q1 abre y
Q2 cierra el motor de las pinzas de sujeción, Q3 sube y Q4 baja
el brazo y finalmente Q5 gira a la derecha, Q6 se usa para realizar el
giro a la izquierda del motor de la base de soporte de la estructura del
brazo mecánico, Qn es el estado actual y Qn+1 es el estado siguiente.
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Las ecuaciones se definen para usar Flip Flops Tipo D [8] con la condición de un switch de arranque A:
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El GAL16V8 es un dispositivo de la
familia de los Dispositivos Lógicos Programables PLD’S, contiene
importantes mejoras sobre sus antecesores, que lo hacen versátil
y funcional, la principal ventaja es su reprogramabilidad, es decir, el
GAL16V8 ofrece la opción de borrar las ecuaciones grabadas en él
mediante pulsos eléctricos, su celda básica es una EECMOS,
que le proporciona la característica de borrable, además
ofrece un bajo consumo de corriente.
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El circuito se programa con el compilador OPAL. En primer término se crea un archivo ASCII con las ecuaciones solución, mismo que se graba con la extensión "file.eqn", sin olvidar que se trata de una secuencia lógica secuencial, esto es, a las salidas se les anteponen dos puntos (:) después del signo de igual, se definen las entradas y las salidas de acuerdo a las variables empleadas, no olvidar definir la entrada OE, esta habilita las salidas (tri-state) del GAL16V8. Enseguida se muestra el formato del archivo "file.eqn".
;Brazo mecánico con tres motores
chip brazo1 gal16v8
CLK A 3 4 5 6 7 8 9 Gnd
OE 12 12 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Vcc
equations
Q1:=/Q1*/Q2*/Q3*/Q4*/Q5*/Q6*/A
Q2:=/Q1*/Q2*/Q3*Q4*/Q5*/Q6*/A
Q3:=Q1*/Q2*/Q3*/Q4*/Q5*/Q6*/A
Q4:=/Q1*/Q2*/Q3*/Q4*/Q5*Q6*/A
Q5:=/Q1*/Q2*Q3*/Q4*/Q5*/Q6*/A
Q6:=/Q1*/Q2*/Q3*/Q4*Q5*/Q6*/A
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GAL16V8
EQN2JED - Boolean Equations
to JEDEC file assembler (Version V024)
Copyright (c) National
Semiconductor Corporation 1990,1991
Assembled from "brazo.eqn".
Date: 8-5-98
*
NOTE PINS CLK:1 A:2
3:3 4:4 5:5 6:6 7:7 8:8 9:9 Gnd:10 OE:11 12:12*
NOTE PINS 12:13 Q6:14
Q5:15 Q4:16 Q3:17 Q2:18 Q1:19 Vcc:20*
QF2194*QP20*F0*
L0000 10101110111011101110111011111111*
L0256 10101110111011011110111011111111*
L0512 10011110111011101110111011111111*
L0768 10101110111011101110110111111111*
L1024 10101110110111101110111011111111*
L1280 10101110111011101101111011111111*
L2048 11111100*
L2056 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000*
L2120 00000011*
L2128 1000000010000000100000001000000010000000100000000000000000000000*
L2192 01*
C0FDF* _0000
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3.9 Por último se realizan
pruebas eléctricas físicas del diseño final.
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