INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERÍA Y TECNOLOGÍAS AVANZADAS

UPIITA

Trabajo Terminal

“PROTOTIPO TRAZADOR DE PATRONES PARA PRENDAS DE VESTIR”

Que para obtener el Título de

“Ingeniero en Biónica”

Presentan

Pliego Sánchez José Ernesto Sánchez Sánchez Bianca

Asesores M. en C.: Ricardo Horta Olivares

D. en C.: Lilia Martínez Pérez

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERÍA Y

TECNOLOGÍAS AVANZADAS

UPIITA

Trabajo Terminal Que para obtener el Título de

“Ingeniero en Biónica”

Presentan

__________________________ _______________________ Pliego Sánchez José Ernesto Sánchez Sánchez Bianca

Asesores

__________________________ ________________________ M. en C.: Ricardo Horta Olivares Dra.: Lilia Martínez Pérez

Presidente del Jurado _________________________________ Ing. Cuauhtémoc Valaguez Velázquez

Profesor Titular

_______________________ Ing. Enrique Arturo García Tovar

México, D.F., junio de 2010.

i

AGRADECIMIENTOS Al Instituto Politécnico Nacional: Por darnos la oportunidad de ser parte de esta gran institución y brindarnos los medios, de forma desinteresada, para desarrollar nuestras capacidades, aptitudes, valores y conocimientos, mediante una formación de calidad. A la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas: Porque al pertenecer a una comunidad tan diversa hemos enriquecido nuestra visión de la vida, de la ingeniería, desarrollando nuestra imaginación y aprendiendo de todas las personas que nos rodearon de conocimientos valiosos. Muchas veces el camino fue difícil, pero nos ofrecieron las herramientas para lograr nuestros objetivos y nos inculcaron el deseo de superación y de saber más. A la Academia de Biónica: A esta pequeña pero gran familia le agradecemos su dedicación, empeño y entrega hacia la biónica y hacia nuestra capacitación en ella, pues aprendimos a quererla no sólo como ingeniería sino también como una forma de vida. Al M. en C. Ricardo Roberto Horta Olivares: Por haber creído en nosotros apoyándonos incondicionalmente, siempre de manera optimista aún con su carga de trabajo, por todos los consejos y conocimientos técnicos y humanos que nos dio. A la Dra. en C. Lilia Martínez Pérez: Por confiar en nuestro trabajo y capacidad de realizarlo, por enriquecernos todo el tiempo con sus ideas y optimismo, por el tiempo que invirtió incondicionalmente en nosotros. Al Ing. Enrique Arturo García Tovar: Por la paciencia e interés que ofreció por nuestro trabajo, por su objetividad y su buena disposición para hacernos ver tanto nuestros errores como nuestros aciertos. Al Ing. Cuauhtémoc Valaguez Velázquez: Presidente del jurado evaluador, por las observaciones y sugerencias emitidas, ya que contribuyó a la mejora de este prototipo y servirá de guía para sus mejoras futuras. A la M. Martiniana Pliego Pliego: Por su apoyo y asesorías brindadas en el proceso de plasmar nuestras ideas por escrito, por su interés y disposición en que éste resultara lo mejor posible.

ii

DEDICATORIAS A mis padres:

Este trabajo representa no sólo el término de mis estudios sino el comienzo de un camino en el que tendré que demostrar mis conocimientos académicos, pero sobre todo lo que aprendí de ustedes.

Gracias: Por su apoyo incondicional, gracias por su paciencia, su interés, su ánimo en los momentos difíciles,

gracias por su gran ejemplo de vida.

A mis hermanas: Porque siempre han estado al pendiente de mí, por esos momentos de risas y alegría que pasamos juntos en familia. Gracias por enriquecer cada una de manera muy distinta mi manera de ver la vida.

A mis abuelitas:

Por cuidarme desde pequeño y aún ahora mediante sus oraciones. Son ustedes un gran ejemplo de trabajo y dedicación.

A mis tíos y primos:

Gracias por preocuparse por mí, principalmente a mi tía Marti por su incansable dedicación a mejorar y ayudar a toda la familia.

A mis maestros:

A todos aquellos que sólo ocuparon la silla detrás del escritorio, porque su falta de interés se tradujo en esfuerzo por ser autodidacta.

Pero sobre todo a aquellos que trabajaron incansablemente con el único objetivo de enseñar todo lo que saben, a aquellos que estaban alegres por dar su clase y preocupados si no entendíamos.

Gracias por sus conocimientos y los valores que nos inculcaron.

A Bianca: Por todo trabajo, aún cuando su situación personal fuera complicada, por su espíritu de lucha, sus

ideas siempre oportunas, por su empeño en mejorar los detalles más pequeños. También gracias por todos aquellos momentos de alegrías, de risas, de comprensión y, por qué no,

también por los momentos difíciles en los que aprendimos a ser más tolerantes, a entender la situación del otro. Eres una buena compañera, amiga y novia.

José Ernesto

iii

A mis padres, Rebeca y Leopoldo, porque aún siendo tan diferentes lograron unirse para enseñarnos las cosas importantes de la vida. Con amor y paciencia me apoyaron hasta el final, a pesar de las circunstancias adversas, a pesar del tiempo, a pesar de las carencias, a pesar de su separación... Me enseñaron a luchar sin rendirme para salir adelante, a trabajar sin descanso, a

descubrir que todo se puede lograr si de verdad se quiere y, sobre todo, a amar hasta el sacrificio. Gracias por su esfuerzo, gracias por creer en mí.

A mis tío Beto y mi tío Lalo, por aceptarme tal y como soy, porque supieron entenderme aún con mis pocas palabras. Gracias por el cariño que me han dado, por apoyarnos y ayudarnos tanto a mí y a

toda mi familia. Gracias por las sonrisas y también por los regaños, gracias por su paciencia y su sacrificio silencioso, gracias por su confianza y su amor.

A mis hermanos, Brianda y Humberto, porque han sido maravillosos conmigo, por su alegría, su inocencia y su nobleza; porque hemos estado juntos para reír y para llorar, espero que así sea por

siempre. Gracias por sus abrazos y sus sonrisas, que me motivan a seguir adelante. Gracias por ser como son, he aprendido mucho de ustedes.

A Neto, que además de ser mi compañero de equipo, es mi amigo y mi amor. Porque a pesar de que muchas veces pensamos diferente pudimos conjuntar las ideas de los dos en un verdadero trabajo

en equipo para sacar adelante este proyecto. Por ser tan cariñoso y comprensivo conmigo, por enseñarme a ver la vida de otra forma y hacerme sonreír todos los días.

A mi tía Lupita porque, aunque no formó parte de mi estancia en UPIITA, me apoyó y sentó una base importante de mi carrera profesional, no sólo soy Ing. Biónica, soy un poco de Ing. en Sistemas

Computacionales gracias a ella.

A todas las personas que nos apoyaron de manera motivacional, emocional y económica, que Dios los bendiga y les recompense con muchísimo más.

Bianca

iv

ÍNDICE Índice de Figuras vii Índice de Tablas x Abreviaturas xi Simbología xii Glosario xiii Resumen 2 Abstract 2 Capítulo 1. Introducción 4

1.1 Antecedentes 4 1.1.1 Plotters 5 1.1.2 Sistemas CAD 5

Capítulo 2. Objetivos 7 2.1 Objetivo General 8 2.2 Objetivos Específicos 8 Capítulo 3. Planteamiento del problema 9

3.1 Definición del problema 10 3.2 Solución propuesta 10

Capítulo 4. Justificación 12 Capítulo 5. Marco Teórico 14 5.1 Anatomía del Miembro Superior 15 5.1.1 Osteología 15 5.1.1.1 Húmero 15 5.1.1.2 Radio 15 5.1.1.3 Cúbito 15

5.1.2 Artrología 15 5.1.2.1 Articulación Glenohumeral 15 5.1.2.2 Articulación Humerocubital 16 5.1.2.3 Articulación Humeroradial 16 5.1.2.4 Articulación Radiocubital proximal 17 5.1.2.5 Articulación Radiocubital distal 17 5.1.3 Miología

5.1.3.1 Músculo Deltoides 17 5.1.4 Biomecánica de la extremidad superior humana 19 5.2 Pícidos 20 5.3 Dibujo a mano alzada 22 5.4 Cinemática 22

5.4.1 Cinemática directa 22 5.4.2 Cinemática inversa 22 5.5 Proceso de elaboración de una blusa 22 5.5.1 Sistema México 22 5.5.2 Proceso de elaboración del trazo base de una blusa 23 5.5.3 Curva sastre y curva francesa 26

v

5.6 Procesamiento digital de imágenes 27 5.7 Servomotores 27 5.8 Visual C# 28

Capítulo 6. Desarrollo experimental 29 6.1 Funcionamiento general 30 6.1.1 Software de diseño 30 6.1.2 Interfaz computadora prototipo 30 6.1.3 Brazo trazador 31 6.2 Estudio de la biomecánica del miembro superior 31 6.2.1 Análisis cinemático 31 6.2.1.1 Cinemática directa 31 6.2.1.2 Cinemática inversa 32 6.2.2 Análisis biomecánico del brazo 33 6.2.3 Análisis del movimiento del miembro superior durante el dibujo

a mano alzada mediante visión artificial. 35 6.3 Estudio biomecánico de los pícidos 39 6.3.1 Disposición mecánica 39 6.4 Diseño de piezas 41 6.4.1 Brazo trazador 41 6.4.1.1 Diseño 41 6.4.1.2 Ensamblado y simulación 42 6.4.1.3 Análisis estructural 43 6.4.2 Punta trazadora 50 6.4.2.1 Diseño 50 6.4.3 Área de trabajo 54 6.4.3.1 Diseño 54 6.4.3.2 Mecanismo de sujeción de tela 55 6.4.3.3 Control mecánico 55 6.5 Material de elaboración 56 6.5.1 Brazo trazador 56 6.5.1.1 Material propuesto 56 6.5.1.2 Material utilizado 56 6.5.2 Punta trazadora 57 6.5.3 Tinta 58 6.6 Elaboración de piezas 58 6.6.1 Brazo trazador 58 6.6.2 Punta trazadora 59 6.6.3 Área de trabajo 60 6.7 Control del brazo trazador 61 6.7.1 Servomotores utilizados 61 6.7.1.2 Ubicaciones de servomotores 62 6.7.2 Control de servomotores 62 6.7.2.1 Microcontrolador utilizado 62 6.7.2.2 Conexión de la comunicación PIC-Servomotores 63 6.7.2.3 Protocolo de comunicación PIC-Servomotores 63

vi

6.7.3 Interfaz PC-Prototipo 65 6.7.3.1 El PIC 18F2550 65 6.7.3.2 Comunicación USB 65 6.7.3.3 Protocolo y conexiones PIC-PC 66 6.7.3.4 Circuito general de control 67 6.7.4 Diseño de una fuente regulada 68 6.8 Software de diseño 71 6.8.1 Diagrama de flujo 71 6.8.2 Selección del lenguaje de programación 71 6.8.3 Lenguaje UML 72 6.8.4 Diagrama de clases 72 6.8.5 Calibración Pixel a cm 72 6.8.6 Pruebas de diseño del software con VCS 2008 72 6.8.7 Desarrollo del software de diseño en VSC 74 6.8.7.1 Generación de patrones mediante VCS 74 6.8.7.2 Aproximación de las curvas sastre y francesa mediante MATLAB 77 6.8.7.3 Obtención del trazo base en VCS 79 6.8.7.4 Envío de datos al brazo trazador 81 6.8.7.5 Funciones adicionales 82 6.9 ensamblado del prototipo 83 6.10 Resultados 83 6.10.1 Primeras pruebas y correcciones 83

6.10.2 Prototipo resultante 84 6.10.3 Validación del prototipo al dibujar 84

Capítulo 7. Conclusiones 86 7.1 Con respecto a los objetivos 87 7.2 Con respecto a la eficiencia del sistema 89 Referencias 91 Anexos 93 Anexo A. Resultado del análisis de elemento finito de las piezas del brazo trazador 93 Anexo B. Medidas de las piezas del diseño en 3D 98 Anexo C. Características del servomotor HSR-5498SG 100 Anexo D. Código de programación del PIC 101 Anexo E. Diagrama general de flujo del software de diseño 109 Anexo F. Diagrama de clases propuesto para el software de diseño 110 Anexo G. Diagrama de clases definitivo 111 Anexo H. Código en MATLAB para la interpolación de las rectas características del Sistema México 112 Anexo I. Código en VCS de la función EnvioDatos de la clase Trazado 114 Anexo J. Funciones adicionales 116

vii

Índice de Figuras Figura Página

1. Algunos tipos de línea propuestos para el trazo 11 2. Esquema general propuesto del prototipo 11 3. Anatomía del hombro derecho 16 4. Visión medial de la articulación del codo 16 5. Extensión. Flexión de 180º y Flexión de 120º 17 6. Músculos del miembro superior 19 7. 1. Eje transversal, 2. Eje anteroposterior, 3. Eje de antepulsión y retropulsión,

4. Eje vertical 19 8. Ejes de movimiento del codo 20 9. Disposición de la lengua del pícido 21 10. Sistema México- Espalda 23 11. Sistema México –Delantero 23 12. Principales puntos del patrón delantero 24 13. Principales puntos del patrón trasero 25 14. Curva sastre 26 15. Curva francesa 27 16. Servomotor HSR-8498 28 17. Diagrama de bloques general 30 18. Diagrama de bloques del software 30 19. Diagrama de flujo de la interfaz PC-prototipo 30 20. Diagrama de flujo del brazo trazador 31 21. Cinemática directa 32 22. Cinemática inversa 32 23. Posición del músculo deltoides en el brazo 34 24. Diagrama de cuerpo libre 34 25. Diagrama de cuerpo libre sin la fuerza del músculo deltoides 35 26. Brazo con marcadores 36 27. Binarizada 36 28. Posición, velocidad y aceleración de la articulación del hombro 37 29. Posición, velocidad y aceleración de la articulación del codo 37 30. Posición, velocidad y aceleración de la articulación de la mano 38 31. Trayetorias de las articulaciones (rojo-hombro,verde-codo,azul-mano) 38 32. Gráfica de ángulos de los eslabones 39 33. Eslabones elaborados en Working Model 2D 40 34. Modelo mecánico 1. Martilleo con leva. 40 35. Modelo 2. Martilleo con hélice. 40 36. Diseño del elslabón”húmero” inferior 41 37. Diseño del elslabón”húmero” superior 41 38. Diseño del eslabón “radio cúbito” 41 39. Base 42 40. Piezas ensambladas 42 41. Eslabones y servomotores ensamblados (Vista A) 43 42. Eslabones y servomotores ensamblados (Vista B 43 43. Eslabón del húmero superior, análisis de tensiones 44

viii

44. Eslabón del húmero superior, análisis de desplazamientos 44 45. Eslabón del húmero superior, análisis de deformaciones 45 46. Eslabón del húmero inferior, análisis de tensiones 45 47. Eslabón del húmero inferior, análisis de desplazamientos. 46 48. Eslabón del húmero inferior, análisis de deformaciones 46 49. Eslabón radio cúbito, análisis de tensiones 47 50. Eslabón radio cúbito, análisis de desplazamientos. 47 51. Eslabón radio cúbito, análisis de deformaciones 48 52. Base, análisis de tensiones 48 53. Base, análisis de desplazamientos. 49 54. Base, análisis de deformaciones 49 55. Base y eslabón móvil (Vista A) . 50 56. Base y eslabón móvil (Vista B) 50 57. Pico 51 58. Pieza cónica, análisis de tensiones 51 59. Pieza cónica, análisis de desplazamientos. 52 60. Pieza cónica deformada 52 61. Pieza curveada, análisis de tensiones 53 62. Pieza curveada, análisis de desplazamientos. 53 63. Pieza curveada deformada 54 64. Diseño del área de trabajo 55 65. Acercamiento donde se observa que el antiderrapante debe ser fino 55 66. Esquema que muestra el soporte de la base en amarillo 55 67. Piezas cortadas correspondientes al brazo y antebrazo 58 68. Base del trazador 58 69. Piezas que conforman el brazo trazador con los servomotores ensamblados 59 70. Disposición de balines en la articulación 59 71. Pico moldeado con acrílico 59 72. Pico pulido 60 73. Colocación de imanes en el pico construido 60 74. Apariencia del área de trabajo definitiva. 60 75. Interfaz Hitec 62 76. Esquema que muestra la posición de los motores en rojo y soporte de la base

en amarillo 62 77. Max232 63 78. Esquema de conexión de un servomotor 64 79. Esquema de conexión de varios servomotores 64 80. Protocolo de comunicación del servomotor 65 81. Conexión del PIC para comunicación USB 66 82. Circuito general 67 83. Pistas para el PCB del circuito general de control 67 84. Vistas en 3D de la placa diseñada 68 85. Circuito final utilizado 68 86. Fuente regulada de 6V a 3A 70 87. Pistas para el PCB de la fuente 70 88. Fuente en tablilla de circuito impreso 70 89. Apariencia de la fuente terminada 71

ix

90. Interfaz de un ensayo en VCS 73 91. Prueba MDI 73 92. Delantero 74 93. Trasero 75 94. Pantalla principal del software 76 95. Cuadro de diálogo 76 96. Patrones base 77 97. Interpolación curva sastre 77 98. Segmento inferior de la curva francesa 78 99. Segmento superior de la manga curva francesa 78 100. Segmento del cuello de la curva francesa 78 101. Segmento de la cuerva francesa para blusa sin manga 79 102. Ventana de solicitud de datos necesarios 79 103. Vista del programa en funcionamiento 80 104. Vista preliminar de trazado delantera 81 105. Vista preliminar de trazado trasera 81 106. Logotipo del software EB-Cihua 82 107. Brazo trazador ensamblado 83 108. Primeros rectángulos dibujados 83 109. Video del brazo trazador 84 110. Ángulo del hombro, rojo-brazo trazador, azul-brazo humano 85 111. Ángulo del codo, rojo-brazo trazador, azul-brazo humano 85

x

Índice de Tablas Página

1. Precios de Plotters comerciles 5 2. Softwares comerciales y sus características principales 6 3. Resumen de los músculos toracohumerales y escápulohumerales 15 4. Ángulos máximos y mínimos de los marcadores 40 5. Comparación de los materiales propuestos 56 6. Comparación de software‟s visuales 71

xi

Abreviaturas 2D Dos dimensiones 3D Tres dimensiones CAD Computer Aided Design (Diseño Asistido por Computadora) CATIA Software Computer Aided Three Dimensions Interactive Application cc Corriente continua cm Centímetro cos Coseno DC Direct current (corriente directa o continua) IVA Impuesto al Valor Agregado IPN Instituto Politécnico Nacional Kg Kilogramo m Metro MATLAB Software MATrix LABoratory OIT Organización Internacional del Trabajo PC Personal Computer (Computadora Personal) PWM Pulse Width Modulation (Modulación de Ancho de Pulso) RAM Random Access Memory (Memoria de Acceso Aleatorio) sin Seno TLCAN Tratado de Libre Comercio de América del Norte UPIITA Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Tecnologías Avanzadas UML Lenguaje de Modelado Unificado USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmiter USB Universal Serial Bus USD United States Dollar VCS Visual C Sharp

xii

Simbología

Grados

% Porcentaje “ Pulgadas Ω Ohms A Amperes MA Momento en el punto A N Newtons P Masa dada en Kilogramos. S Superficie V Volts W Watts

xiii

Glosario Abducción Movimiento por el cual un miembro u otro órgano se alejan del plano medio

que divide imaginariamente el cuerpo en dos partes simétricas. Aducción Movimiento por el que una parte del cuerpo se aproxima al plano de simetría

medial o coronal de éste (hacia la línea media). Antero-Posterior Desde la parte frontal hacia la parte dorsal. Antepulsión Actitud resultante del movimiento que tiene un órgano, un miembro o una

parte de un miembro hacia adelante del plano frontal. Antropometría Medida del tamaño, peso y proporciones del cuerpo humano. Artrología Rama de la anatomía que se dedica al estudio de las

diferentes articulaciones. Biomecánica Disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras de

carácter mecánico que existen en los seres vivos. Clase Generalización de un tipo específico de objetos. Diáfisis Parte media de los huesos largos (entre las zonas de crecimiento). Distal Se refiere a sitios que se localizan lejos del centro o la línea media del

cuerpo, como la mano que es distal al hombro o el pulgar que es distal a la muñeca.

Epífisis Se llama epífisis a cada uno de los extremos de un hueso largo. GraphicsPath Es un objeto de VCS llamado también trazado, representa una serie de

figuras conectadas entre sí. Manipulador Conjunto de cuerpos conectados en una cadena mediante articulaciones. Medial Cerca de la línea media del cuerpo o de la estructura. El cúbito está en la

parte medial del antebrazo. Miología Parte de la anatomía que estudia los músculos. Objeto Es una representación detallada, concreta y particular en el contexto de la

programación orientada a objetos. Tal representación determina su identidad, su estado y su comportamiento particular en un momento dado.

PathPoint Propiedad de un GraphicsPath en VCS.

xiv

Patrón Contorno obtenido del Sistema México según la talla deseada. Patrón Base Modificación del patrón según las medidas personalizadas del cual se puede

obtener una blusa sencilla. También es llamado Trazo Base. PctureBox En VCS es un control que permite mostrar gráficos almacenados en un

fichero de mapa de bits, metarchivo o icono. Pixel Es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen

digital, ya sea esta una fotografía, un fotograma de vídeo o un gráfico. Plotter Es una maquina impresora que se utiliza junto con la computadora e

imprime en forma lineal. Pronosupinación Movimiento de rotación del antebrazo en torno a su eje longitudinal. Proximal En medicina, se refiere a una parte del cuerpo que está más cerca del

centro del cuerpo que otra parte. Por ejemplo, la rodilla es proximal con respecto a los dedos del pie.

Retropulsión Movimiento por el cual los brazos van desde arriba, hacia abajo y hacia

atrás, como una extensión de hombros. Sagital Dícese de la estructura, órgano o movimiento que toma la dirección

anteroposterior. Trazo Base Patrón base.

“PROTOTIPO TRAZADOR DE PATRONES PARA

PRENDAS DE VESTIR”

2

Resumen Se diseñó y construyó un prototipo que realiza el trazo de los patrones base de una prenda de vestir con medidas personalizadas, directamente sobre tela, eliminando el uso de papel en el proceso de elaboración de la prenda. El prototipo consta de un software que se ejecuta en una computadora personal (PC), una parte electrónica externa a la PC de control y por último, un servomecanismo que ejecuta físicamente la tarea. El software ha sido diseñado y elaborado en Visual C#, el cual genera los patrones base de una blusa basándose en el sistema México. En dicho software se pueden introducir las medidas correspondientes a blusas entre las tallas 1 y 32, almacenar los datos introducidos en un fichero con extensión bin y enviar patrón de trazos mediante comunicación por puerto USB con la parte electrónica-mecánica. La parte electrónica-mecánica es un brazo que está diseñado con base al movimiento biomecánico del brazo-antebrazo humano al dibujar; tomando como modelo de la punta trazadora la biomecánica del martilleo de los pícidos. Dicho brazo trazador interpreta los datos que el software le envía y dibuja sobre la tela el gráfico del patrón base en escala real. El prototipo pretende responder a las necesidades de gestión tecnológica de las micro y pequeñas empresas de elaboración de prendas de vestir, ofreciéndoles realizar sus prendas con mayor eficiencia y a costo accesible. Palabras clave: Trazado de diseño, biomecánica, software de diseño, brazo y antebrazo humanos, pícidos, patrones base. Abstract Have designed and build a prototype perform a garment‟s base patterns stroke with personalized measures, on the cloth, without use paper in this elaboration process. The prototype consists in a software and electro-mechanical part. Software has be designed and elaborated on Visual C#, it generates shirt‟s base patterns in accordance with México System. In this software oneself can introduce the shirt‟s corresponding measures localized between 5 and 32 size, save introduced data in .bin file and send to draw on the cloth by means of USB port communication with electro-mechanical part. The electro-mechanical part is a mechanic arm which is designed in base at the human arm-forearm biomechanical movement in drawing; taking as plotter tip‟s model woodpecker‟s drumming biomechanical. This plotter arm interprets software‟s data and draw on the cloth the base pattern‟s graphic in real scale. The prototype aims to answer to the technology management needs of the micro processing enterprises clothing, offering to realize its garments with higher efficiency and affordable. Keywords: Stroke of design, biomechanics, design software, human arm and forearm, woodpecker, base patterns.

Capítulo 1. INTRODUCCIÓN

4

1. Introducción La industria textil y del vestido en México, ha experimentado una profunda transformación productiva desde finales de los años ochenta que se generaliza a partir de 1994 con la puesta en marcha del Tratado de Libre Comercio de América del Norte (TLCAN) [1]. Ha pasado un siglo desde que se inició esta industria en nuestro país y actualmente representa la cuarta actividad manufacturera en importancia y la primera por su participación en la generación de empleos. Si bien el proceso de inserción externa abre espacios para una mayor participación en los mercados internacionales y representan oportunidades de modernización y aprendizaje para la industria, ésta se ve sujeta a distintas presiones para poder aumentar su competitividad con el fin de cumplir con los requerimientos de productividad, calidad y flexibilidad que, comparados con el resto del mundo, tiene mucho camino por recorrer. Las grandes empresas en el mundo, utilizan sistemas avanzados para realizar su producción de una manera más efectiva, dichos sistemas tienen costos muy elevados y pocas empresas mexicanas poseen tal tecnología, de manera que, las pequeñas empresas no tienen modo de competir ante esos gigantes de la industria. Sin embargo, existe un sector empresarial muy amplio, que se encuentra aún en desventaja con respecto a las grandes empresas, por tal razón, este trabajo ofrece una solución a los problemas de eficiencia en productividad de las microempresas. La solución propuesta está basada en la observación de la problemática en el nivel de producción de micro y pequeñas empresas de elaboración de prendas de vestir que están surgiendo o que ya se encuentran desde hace años en el mercado y que, a pesar de sus esfuerzos, no han podido desarrollarse completamente. 1.1. Antecedentes La industria de la confección es global, pues, ya que sus actividades de producción y comercialización se encuentran diseminadas en todos los países del planeta, además, las múltiples empresas que participan en dichas actividades se relacionan mediante diversos mecanismos, generalmente comandados por las cadenas productivas globales. Dichas cadenas comprenden las actividades de diseño, producción y comercialización. La Organización Internacional del Trabajo (OIT) señala que el comercio de prendas de vestir, está creciendo más rápidamente que el promedio del de manufacturas y “está muy influido por la evolución de la competitividad internacional y por las estrategias de reubicación adoptadas por las empresas mundiales” [2]. En cuanto a México, se puede confirmar también, que ha existido un cambio sustancial en los “modelos maquiladores” prevalecientes desde principios de los años ochenta, producido por la modernización productiva y organizativa de las empresas. Este cambio ha tenido efectos contradictorios, que se manifiestan en una combinación sui generis entre lo moderno y lo tradicional en los procesos productivos.

a) Lo “moderno” se asocia con formas de encadenamiento más complejas, mayor estabilidad de las plantas, mejor adaptación al cambio, esquemas productivos más eficientes y

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exigentes en la calidad de sus productos y con el cumplimiento de estándares de medición internacionales;

b) Lo “tradicional”, con procesos productivos basados en el uso intensivo de la mano de obra y liderazgos sindicales “fuertes” [1].

A partir del mes de enero del 2005, se consolidaría la plena liberalización del comercio exterior en México con Estados Unidos, hecho que puede conducir a un mejor aprovechamientos de algunos exportadores locales que se veían restringidos por las cuotas de exportación hacia ese país y que marcara más retos para los proveedores locales. Las empresas que actuaban en este sector hacia el año 2003 sumaban unas 15000, de las que 18% se abocaban a la producción de hilados y tejidos y textil; 81% a la confección de prendas de vestir, y el resto a otras industrias. El tamaño de las plantas sigue conservando las características tradicionales en cuanto a la presencia mayoritaria de micro empresas (71%), Pymes (27%), grandes (2%) con el sector textilero; en la industria de la confección: 80% microempresas, 18% Pymes y 2% grandes [3]. Casi la totalidad de la maquinaria que utilizan las empresas de la industria de la confección en México es de procedencia extranjera, pues de empresas encuestadas en Aguascalientes, 27 declararon que el 100% de su maquinaria fue fabricada en otros países. Asimismo, siete de las empresas manifestaron que más del 50% de su maquinaria procede del extranjero. Situación parecida sucedió con empresas encuestadas de Yucatán [2],

1.1.1 Plotters Dentro de la industria textil se encuentran en uso principalmente tres tipos de trazadores para patrones: impresión en papel mediante inyección de tinta, cortadoras de cartón y las impresoras en papel del tipo pen plotter. Algunos de los plotters más avanzados de las marcas HP y CANON y sus precios se mencionan en la siguiente tabla. Tabla 1. Precios de plotters comerciales

PRECIOS DE PLOTTERS H CANON iPF720* 3240 € + iva

HP DESIGNJET 5500 42" PGV 7209 € + iva

1.1.2 Sistemas CAD El CAD es el proceso en el cual se utilizan los ordenadores o computadoras para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. Éstos pueden fabricarse más rápido, con mayor precisión o a menor precio, con la aplicación adecuada de tecnología informática. Los sistemas de diseño asistido por ordenador (CAD, acrónimo de Computer Aided Design) pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si no todas, de las características de un determinado producto. Para la agilización del proceso de elaboración de prendas de vestir, existen varias empresas que elaboran productos con este fin, sin embargo, el diseñador necesita hacer su trazo a mano y, con

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una mesa digitalizadora, es pasado a un programa en el que lo puede escalar. Al no poseer maquinaria para la impresión del trazo directamente sobre la tela, es impreso en papel. Otro software acomoda los trazos para cortar la tela, lo que implica para las empresas no sólo la adquisición del software de diseño, sino también de un plotter y una mesa digitalizadora. Algunos de dichos software‟s se muestran en la siguiente tabla. Tabla 2. Software’s comerciales y sus características principales.

Software comercial Algunas características principales

Master Patern Design Área individual de trabajo para diseñar, modificar, disponer y producir patrones

Plano de vista único que le permite al diseñador del patrón utilizar métodos de trabajo similares a los de la producción manual, pero con mayor rapidez

Construcción de bloques básicos que permite el desarrollo preciso del patrón

Posibilidad de ver los cambios hechos en una pieza original o de servir de referencia para crear una nueva

Modaris ModeProV5

Acceder a funciones de comprobación orientadas a cada actividad, simular el montaje de dos piezas utilizando el recorrido de las piezas.

Acceder a las opciones de personalización en serie y preparar patrones según medidas individuales exclusivas y modificaciones específicas.

Sacar el máximo partido de los métodos de trabajo y compartirlos con los diseñadores de patrones registrando las secuencias de trabajo más frecuentes.

1 El CAD básico completo que ofrece Lectra, incluye:

Plotter

Mesa digitalizadora

Software de patronaje nivel básico

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Capítulo 2. OBJETIVOS

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2. Objetivos 2.1 Objetivo general Diseñar y construir un sistema en el que se puedan generar y dibujar sobre tela los patrones base personalizados de una blusa entre las tallas 1 y 32. El sistema constará de un software elaborado en Visual C# y un brazo trazador basado en la biomecánica del martilleo de los pícidos y en el movimiento del brazo y antebrazo humanos al dibujar. 2.1 Objetivos específicos

Determinación de cada una de las partes físicas que componen el prototipo así como la asignación y delimitación de funciones como son trazado, control, transmisión de datos, sujeción de tela.

Estudio de la biomecánica del brazo y antebrazo humanos en el proceso de dibujo.

Estudio y elaboración del modelo del sistema biomecánico del martilleo de los pícidos.

Diseño mecánico de los componentes considerando: a) el control mecánico del trazador basado en el movimiento biomecánico del brazo y antebrazo humanos al dibujar y, b)el control del proceso de pigmentación basado en el sistema biomecánico del martilleo de los pícidos.

Diseño de los circuitos eléctricos involucrados y de la lógica del software para el diseño de los trazos.

Simulación en 3D del prototipo, verificando el funcionamiento mecánico de cada elemento en particular y, una vez que se obtenga lo esperado, todos los elementos en conjunto.

Proceso de selección de los materiales más apropiados para la construcción de cada elemento.

Elaboración de las piezas necesarias para la construcción del sistema.

Construcción y pruebas del los circuitos diseñados.

Programación y depuración del software de diseño.

Ensamble del prototipo.

Prueba del prototipo y corrección de errores.

Capítulo 3. PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMA

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3. Planteamiento del problema 3.1 Definición del problema Dentro del área de las micro y pequeñas empresas de elaboración de prendas de vestir, la manera tradicional de elaboración de las prendas, consiste en tomar las medidas de la persona o designar la talla, elaborar en papel el trazo base de la prenda (blusa, falda, pantalón, etc.) de acuerdo al sistema de diseño empleado, realizar la transformación del trazo (fase de diseño) de acorde al modelo de la prenda y con los tipos de línea necesarios (de corte, bastilla, doblez, etc.), una vez terminado el trazo, se procede a recortar el papel en los contornos del trazo de acuerdo al tipo de línea trazado, se dobla y se tiende la tela según como se desee cortar, se coloca el trazo recortado sobre la tela y se fija con alfileres, se coloca papel calca entre la tela y el trazo y en la parte inferior de la tela, se marcan las costuras y los cortes a realizar por medio de una rueda dentada sujeta a un mango (comúnmente llamada “carretilla”), se corta la tela sobre las líneas de corte, se retira el trazo en papel, este proceso dura aproximadamente 40 min., después, se procede a armar la prenda con los distintos tipos de costuras implicados. 3.2 Solución propuesta Se propone un sistema que acorte el tiempo de fabricación de las prendas, reduciendo el número de etapas necesarias; una vez hecho el diseño en el software de la PC, el sistema será capaz de imprimirlo directamente sobre la tela. El sistema permitirá e impulsará el desarrollo de la empresa, incrementando su producción y, a la vez, el cuidado del medio ambiente al eliminar el uso y desperdicio excesivo de papel. Se desarrolló un software en el que se pueden dibujar los patrones base de una prenda de vestir. En primera instancia, sólo se podrán realizar los patrones base de una blusa personalizada, es decir, se podrán introducir medidas de busto, largo cadera, etc. Dichas medidas se encontrarán entre la talla 1 y la talla 32, a fin de obtener un prototipo de trazado con dimensiones considerables para su fácil transporte. Dichos patrones se colocan en el área de impresión virtual definida para ser marcados sobre la tela. El diseño se puede almacenar en la computadora para su uso posterior. Una vez establecida la conexión entre la PC y el control, éste tendrá la capacidad de dibujar sobre la tela los diferentes tipos de líneas incluidos en el diseño, dichas líneas indicarán al operador en dónde coser o en dónde cortar. El brazo trazador se diseñó de acuerdo al estudio biomecánico del dibujo a mano alzada de la extremidad superior del humano. Previamente se ha determinado que el prototipo cuente con tres grados de libertad, que son los grados necesarios para el movimiento en tres dimensiones, aunque se considera tentativamente un adicional para efectos de acomodo del brazo. Tomando como base el eje longitudinal de húmero, que permite los movimientos de rotación interna y externa, con una flexión de 90º, y los movimientos de flexo- extensión del codo tenemos los dos grados de libertad necesarios para el desplazamiento en el plano, mientras que el tercer grado de libertad está dado por el movimiento realizado por el lápiz trazador (subir y bajar). Para poder aplicar sobre tela un pigmento sólido o de viscosidad alta, es necesario ir marcando punto por punto el trazo ya que, de lo contrario, es decir, si se traza corriendo el pigmento de manera continua, es altamente probable que se arrugue, desacomode, manche o deforme la tela, situación

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no deseada, ya que la tela es la materia prima indispensable para realizar la prenda y si sucediera implicaría gastos extra para la empresa. En consecuencia, el trazado se debe realizar punto a punto, separados entre ellos una distancia considerable ya que, además, un trazo continuo sólo implica desperdicio de pigmento pues la persona que confecciona la prenda sólo necesita guías que le indiquen dónde coser, cortar o doblar (Fig. 1).

Figura 1. Algunos tipos de línea propuestos para el trazo, basadas en la forma de línea que se utilizan tradicionalmente las costureras.

Se busca también que el sistema realice el trazo, al menos, a la misma velocidad o en el mismo tiempo en que lo realizaría una persona, por lo que, además de una determinada rapidez de desplazamiento también debe tener una cierta cantidad de puntos marcados por tiempo. Sin embargo, se debe considerar que el pigmento elegido debe ser blando de manera que pueda marcar la tela punto a punto y que, al hacerlo, estará sometido a altas vibraciones y correrá el riesgo de romperse. La familia de los pícidos, posee la habilidad de realizar un martilleo a una frecuencia considerable, gracias a los músculos de su cuello, sin sufrir daños en su masa encefálica a pesar de las vibraciones que pueden existir por estos movimientos, esto se debe a la estructura formada entre el cráneo y demás órganos de la cabeza. La forma de evitar que el pigmento se rompa por las vibraciones del martilleo es basar el diseño de la punta trazadora en la anatomía de los pícidos, es decir, modelando un sistema que incluya todos los elementos que hacen que sea posible que dichas aves obtengan un martilleo a altas velocidades, con determinada fuerza y sin sufrir daños en su cerebro. En la Fig. 2 se encuentra un esquema de la distribución de las partes que conforman la solución propuesta.

Figura 2. Esquema general propuesto del prototipo

Capítulo 4. JUSTIFICACIÓN

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4. Justificación La mayoría de las micro y pequeñas empresas de elaboración de prendas de vestir, realizan la fabricación de sus productos de la manera tradicional, lo que les lleva a un alto consumo de tiempo, esfuerzo y utilización de mano de obra. El problema se soluciona con la obtención de un equipo que lleve a cabo dicha tarea, sin embargo, ni los ingresos ni las ganancias ni la producción de estas pequeñas empresas justifican o alcanzan la cobertura de estos costos. Regularmente estas empresas no cuentan con espacios para la realización de sus labores, por lo que el equipo industrial que satisfaga todas sus necesidades no tiene el área necesaria para ser utilizado. El prototipo del sistema propuesto será capaz de reducir el tiempo de fabricación de las prendas por lo menos un 10%, con un costo al menos un 30% menor al de los sistemas utilizados por las grandes empresas y, al mismo tiempo, ocupará tan sólo el espacio designado a la mesa de trazado de prendas dentro del área de trabajo. El sistema permitirá e impulsará el desarrollo de la empresa, incrementando su producción, reduciendo costos y disminuyendo el tiempo de fabricación y a la vez promoviendo el cuidado del medio ambiente al eliminar el uso y desperdicio de papel. En la industria textil se utilizan trazos para la confección de prendas. Estos trazos (en las grandes empresas) se diseñan en un software comercial, para posteriormente imprimirse en un plotter. Las impresiones de los trazos se hacen forzosamente en papel, ya que no existe un plotter diseñado para imprimir en tela directamente y la tinta utilizada en la impresión mancharía la tela permanentemente. El sistema trazador se basa en el estudio biomecánico de la extremidad superior del humano en el del dibujo a mano alzada, pues permitirá reducir el tamaño del trazador y facilitar su transporte, no afectará la resolución del trazado, puesto que los patrones para la confección de tela sólo son puntos de corte o costura, de las prendas, es decir, sólo son indicadores para el costurero, que no necesitan alta calidad de imagen como en los plotters comerciales. Otra ventaja que ofrece utilizar el prototipo mencionado como brazo trazador, radica en el hecho de que los patrones posen curvas, que se trazan con mayor fidelidad con el sistema propuesto, gracias a que se pueden manejar fácilmente coordenadas polares. Si se utilizara en el diseño un sistemas (x,y), se necesitaría mayor cantidad de material y espacio, además de ser más complicado manejar los ángulos en la curvas de los trazos. Para el diseño de la punta trazadora, se utilizará un modelo basado en un sistema que incluya obtengan un martilleo con determinada fuerza y sin sufrir daños en su cerebro. Aunque posiblemente no se necesiten altas velocidades en el prototipo, es necesario determinar cómo estas aves alcanzan altas velocidades y cómo absorben de manera activa los golpes. Se utilizará dicho modelo ya que permitirá que se realice el trazo sobre la tela sin desacomodarla y que el pigmento utilizado se impregne en la tela. La obtención de un prototipo trazador de patrones de prendas de vestir como el propuesto, favorece la inclusión de los ingenieros biónicos en un área, al parecer inaccesible, como lo es la industria maquiladora; propicia que México genere su propia tecnología en este campo y le da un toque ligero y más portable a los instrumentos utilizados en dicha industria.

Capítulo 5. MARCO TEÓRICO

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5. Marco Teórico 5.1 Anatomía del Miembro Superior

5.1.1 Osteología La cintura escapular es la encargada de articular el miembro superior con el tórax. Clásicamente, está representada por la clavícula y la escápula, aunque funcionalmente está íntimamente vinculada a los movimientos glenohumerales. Por otro lado, la porción libre del miembro superior está formada por el húmero, radio, cúbito, huesos carpianos, metacarpianos, falanges y sesamoideos.

5.1.1.1 Húmero El húmero es un hueso largo y par que forma parte de la porción libre del miembro superior y se articula con la cintura escapular a través de la escápula. Como hueso largo presenta, por tanto, dos epífisis y una diáfisis. La epífisis proximal se caracteriza por su forma de media esfera denominada cabeza humeral, recubierta en su zona medial por cartílago para la articulación glenohumeral. Esta región cartilaginosa queda separada del hueso por un surco denominado cuello anatómico [4]. 5.1.1.2 Radio El radio es un hueso largo y par, por tanto divisible en dos epífisis y una diáfisis o cuerpo. La epífisis proximal consta de una cabeza prácticamente circular que posee una fosita articular superior para su articulación con el cóndilo humeral y una circunferencia articular para el cúbito El cuerpo del radio se encorva para permitir los movimientos de pronación, formando la curva pronadora. Proximalmente resaltan dos tuberosidades, una medial para el tendón del bíceps braquial, la tuberosidad del radio o bicipital, y una lateral, tuberosidad pronadora, impresión de la inserción del músculo pronador redondo [4].

5.1.1.3 Cúbito Es un hueso largo y par, su epífisis proximal se caracteriza por una prominencia llamada olecranon, donde se inserta el músculo tríceps braquial. Anterosuperiormente presenta un pequeño „pico‟ olecraneano que ocupa la fosa olecraneana del húmero cuando el codo está extendido. En la zona lateral, se halla la escotadura radial o cavidad sigmoidea menor, para articularse con el radio. Debajo de esta carilla, se observa la cresta del músculo supinador, al que presta origen. En la cara ventral destaca la apófisis coronoides que encaja con su correspondiente fosa humeral. Inferior a ésta, hay una pequeña tuberosidad rugosa en donde se inserta el músculo braquial [4]. 5.1.2 Artrología 5.1.2.1 Articulación Glenohumeral (Fig. 3) Es una articulación esférica que en la porción libre del miembro superior con la cintura escapular, es decir, el húmero con la escápula. Está formada por la región hemiesférica revestida de cartílago de la cabeza humeral y la cavidad glenoidea de la escápula [4]. La articulación del hombro es una articulación de tipo enartrosis (esférica) y permite la mayor movilidad entre las articulaciones sinoviales debido a la poca profundidad de su cavidad glenoidea. El manguito musculotendinoso da mayor resistencia y movilidad; se le conoce como manguito de rotación y está formado por tejido muscular con fibras tendinosas insertadas de los músculos supraespinoso, infraespinoso y redondo menor, que se flexionan con la cápsula articular. Además,

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el movimiento de la cintura escapular suplementa la movilidad del húmero, lo que permite su máximo movimiento [5].

Figura 3. Articulación del hombro derecho [5].

5.1.2.2 Articulación Humerocubital Es una articulación de tipo troclear. Une la escotadura del cúbito con la tróclea humeral. La forma de la tróclea recuerda a un diábolo, con un pequeño surco central por donde se desliza la cresta sagital de la escotadura troclear. Por delante de esta cresta está la apófisis coronoides, que ocupa la fosa coronidea en los movimientos de flexión del codo. El pico del olecranon se sitúa en la fosa olecraneana durante la extensión, limitándola.

5.1.2.3 Articulación Humeroradial Como superficies se encuentra la hemiesfera del capítulo del húmero y la fosita articular de la cabeza del radio (Fig. 4 y Fig.5). Aunque anatómicamente es una enartrosis, funcionalmente está vinculado por uniones ligamentosas a los movimientos del cúbito. En la flexo-extensión, la concavidad de la fosa articular encaja con la superficie esférica del capítulo, mientras que la circunferencia articular radial se deslizará por el surco capitulotroclear humeral hasta llegar, en la flexión, a la fosa radial del húmero [4].

Figura 4. Visión medial de la articulación del codo [4].

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Figura 5. Extensión, flexión de 180 y flexión de 120 [4].

5.1.2.4 Articulación Radiocubital proximal La circunferencia articular del radio se adapta y se gira sobre la concavidad de la escotadura radial del cúbito, formando una articulación de tipo trocoide que no puede disociarse de la articulación radiocubital distal. Estos movimientos, llamados de pronación y supinación, se pueden realizar a lo largo de todo el recorrido articular durante la flexo-extensión.

. Esta articulación se mantiene unida mediante dos ligamentos. El ligamento anular del radio se inserta por delante y detrás de la escotadura radial del cúbito, rodeando el cuello y la circunferencia articular del radio. Su cara interna está recubierta por una pequeña tapa de cartílago hialino que facilita al radio girar por este anillo fibroso [4]. 5.1.2.5 Articulación radiocubital distal Es una articulación trocoide formada por la concavidad de la escotadura cubital del radio que permite encajar y girar sobre ella la circunferencia articular del cúbito en los movimientos de pronación-supinación. Es análoga a la articulación radiocubital proximal y funcionan en conjunto. Estas estructuras se mantienen unidas mediante varios ligamentos. Distalmente, el disco articular o ligamento triangular se extiende horizontalmente separando la cabeza del cúbito de la primera hilera del carpo [4].

5.1.3 Miología 5.1.3.1 Músculo Deltoides Es el más superficial y el más voluminoso de los músculos del hombro. Su forma es triangular y a este carácter alude su nombre. Su inserción superior se hace en la mitad externa del borde anterior de la clavícula, en el borde externo del acromion y en el lado inferior del borde posterior de la espina del omóplato. Las inserciones clavicular y acromial se verifican por medio de fibras carnosas o de cortas láminas tendinosas, la inserción correspondiente a la espina del omóplato se efectúa por medio de un tendón ancho. Desde todos esos lugares, las fibras del deltoides, que forman haces

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separados por delgados tabiques aponeuróticos, convergen hacia fuera y abajo para terminar insertándose por un tendón triangular en el labio superior de la impresión deltoidea del húmero. Funciona como abductor o elevador del brazo, a la vez que por la acción de sus haces anteriores y posteriores desplaza al húmero hacia adelante y atrás respectivamente. El nervio circunflejo, ramo del plexo braquial, inerva este músculo, abordándolo por su cara interna [6]. Tabla 3. Resumen de los músculos toracohumerales y escapulohumerales [4].

MÚSCULO Dorsal ancho Pectoral mayor Deltoides Supraespinoso Infraespinoso ORIGEN Apófisis espinosas

T7-creata sacra media, cresta iliaca, tres últimas costillas y ángulo inferior de la escápula.

Clavícula, esternón y costillas I-VII

Clavícula, acromion, espina de la escápula.

Fosa supraespnosa Fosa infraespinosa

INSERCIÓN Cresta del tubérculo menor del húmero

Cresta del tubérculo mayor del húmero

Tuberosidad deltoides

Tubérculo mayor del húmero

Tubérculo mayor del húmero

INERVACIÓN Toracodorsal No. pectorales Axilar Supraescapular Supraescapular

FUNCIÓN Aduce, extiende y rota medialmente el hombro.

Aduce, flexiona y rota medialmente el hombro

Flexiona, abduce y extiende el hombro

Abduce el hombro Rotador lateral del hombro

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En la Fig.6 se muestra un esquema general de la disposición de los músculos del hombro, brazo y antebrazo.

Figura 6. Músculos del miembro superior [22].

5.1.4 Biomecánica de la extremidad superior humana El hombro tiene tres ejes de movimiento. Por un lado, un eje transversal contenido en el plano frontal, que dirige los movimientos de flexo-extensión; por otra parte, un eje antero-posterior que está contenido en el plano sagital y que dirige los movimientos de aducción y abducción y, por último, un eje vertical contenido en contenido en la intersección de los planos sagital y frontal que dirige los movimientos de antepulsión y retropulsión efectuados con el brazo en abducción a 90º (Fig.7). Existe otro eje llamado longitudinal de húmero y discurre a lo largo de la extremidad superior permitiéndole los movimientos de rotación interna y externa, este eje coincide con el vertical si el brazo se encuentra en posición anatómica a lo largo del brazo, con el eje antero-posterior si hay flexión de 90º, y con el eje transversal si el brazo esta en abducción a 90º[7].

Figura 7. 1. Eje transversal 2. Eje antero-posterior 3. Eje de antepulsión-retropulsión 4. Eje vertical.

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En la antepulsión existe un desplazamiento del omóplato de 8 a 15 cm. La unión escápulo-clavicular sufre también un desplazamiento durante la elevación de 8 a 12 cm. En la articulación escápulo-humeral los músculos motores son el fascículo anterior del deltoides, y, principalmente, el coraco-braquial y el fascículo clavicular del pectoral mayor. También participa la porción corta y larga del bíceps y las fibras verticales del subescapular. Todos estos músculos tienden a la rotación interna del brazo, siendo frenado este movimiento por la puesta en tensión progresiva de los músculos posteriores y del ligamento coraco-humeral. En el movimiento de retropulsión se realiza principalmente una aducción de la escápula en el plano frontal. Los músculos motores a nivel escápulo-humeral son básicamente el redondo mayor, fascículo posterior del deltoides y el gran dorsal [8]. El codo, por su parte, se mueve según dos ejes: uno transversal que atraviesa la tróclea y el cóndilo humeral y permite movimientos de flexo-extensión y otro longitudinal que permite los movimientos de pronosupinación. Los ejes de movimiento del codo se muestran en la Fig. 8.

Figura 8. Ejes de movimiento del codo.

La flexión pone en contacto la cara ventral del antebrazo con la del brazo y la extensión retorna el brazo a su posición original. El grado de movimiento activo según Petherick es de 146º con un rango de tolerancia de 6.3º pudiendo aumentar hasta 160º. El movimiento de flexo-extensión se lleva a cabo por las articulaciones húmero-cubital y húmero-radial [9].

5.2 Pícidos

Los pícidos son una familia de aves llamada Picidae del orden de los Piciformes, conocidas popularmente como pájaros carpinteros, carpinteritos, pitos, picapinos y torcecuellos. Su pico forma una unidad con su cráneo que está ligeramente reforzado por su parte posterior y dispone de músculos que se tensan en contra del sentido de los golpes, absorbiendo de forma activa cada uno de los impactos. Su pico no es totalmente recto, dispone de una ligera curvatura que evita

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su ruptura. El tejido esponjoso conectivo que separa al pico del cráneo absorbe eficientemente la fuerza de los impactos.3 La disposición especial de su lengua, Fig. 9, también contribuye a minimizar el impacto. Tras dar un rodeo dentro del cráneo se liga a la parte superior de la cabeza, lo que hace que el músculo lingual trabaje como un tensor que ayuda a reducir el efecto del golpe. Es tan larga que se enrosca en la parte superior y occipital del cráneo y les permite introducirla en las galerías y agujeros que hacen las carcomas que se esconden dentro de las cortezas, los troncos y en el interior de los hormigueros. La punta es pegajosa con aristas que les facilita la captura4. El enrollamiento en derredor del cráneo de los huesos hioideos, en cuyo ápice se inserta la lengua que es muy larga, protráctil y con la punta córnea muy dura. Por medio de movimientos vibrátiles muy rápidos, realizados por la acción de músculos extrínsecos, los pájaros carpinteros pueden taladrar la madera [10].

Figura 9. Disposición de la lengua en un pícido.

Dichas aves tiene un sistema de absorción de choques que no sólo involucra el hueso hioideo, el cráneo, los músculos del cuello y el cerebro, sino el resto de su cuerpo. El sistema consiste en: - Los músculos del cuello del pájaro carpintero son lo suficientemente densos para absorber las ondas de tensión causadas por la conmoción del tamborileo. - El hueso del cráneo es poroso, ayuda a dispersar la conmoción antes de que las ondas de tensión causadas se propaguen al cerebro. - La lengua empieza en la parte inferior de la mandíbula, rodea la parte trasera del cráneo y se inserta en la parte recta de la cavidad nasal.

3 ¿Cómo soporta el pájaro carpintero los impactos de su pico?, Saber Curioso, Febrero 13 2008 [acceso 12 de

febrero de 2009]. Disponible en: http://www.sabercurioso.com/2008/02/13/como-soporta-pajaro-carpintero-impactos-pico/ 4 Lainez J., Los Pícidos. Pájaros Carpinteros, La ornitofauna del Moianès, Octubre 17 2007, [acceso 15 de

febrero de 2009]. Disponible en:http://www.joseplainez.org/GRUP%20MOIANES/ORNITOFAUNA/ocells-nidif/picids.htm

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- La forma del pico tiene el efecto de dispersar la carga a la mandíbula inferior del pico permitiendo el escape de las ondas de tensión al cuello. - Su cerebro está fuertemente encerrado en el cráneo y la dura madre, con poco líquido cerebral, lo cual es un sistema efectivo en condiciones de repetidos golpes [11]. 5.3 Dibujo a mano alzada El dibujo a mano alzada es la forma más simple que hay de representación, es la forma más rápida de expresar las ideas. El diseñador y el dibujante debe de usarlos para expresar conceptos y para explicar pensamientos a otras personas en los equipos de discusión de las oficinas profesionales y es considerado como una importante herramienta de comunicación al igual que el lenguaje escrito. Es considerado muy importante porque también es necesario en los proyectos bosquejar las ideas antes de que se hagan los diseños preliminares con instrumentos o usando CAD. Una buena práctica en el desarrollo de dibujos a mano alzada acostumbra a los diseñadores y a los dibujantes a poseer un buen sentido de las proporciones y exactitud de observación. En el dibujo a mano alzada no se usa escala y se utilizan instrumentos muy sencillos, ningunos de precisión, como son papel, lápices, gomas de borrar, marcadores, tinta, etc.[12] 5.4 Cinemática La cinemática es la ciencia del movimiento que trata el tema sin considerar las fuerzas que lo ocasionan. Dentro de esta ciencia se estudian la posición, la velocidad, la aceleración y todas las demás derivadas de alto orden de las variables de posición (con respecto al tiempo o a cualquier otra variable). En consecuencia, el estudio de la cinemática de manipuladores se refiere a todas las propiedades geométricas basadas en el tiempo del movimiento. 5.4.1 Cinemática directa El estudio de la cinemática directa se relaciona, entre otras cosas, con la manera en que cambian las ubicaciones de los eslabones involucrados a medida que se articula el mecanismo. Existen métodos para calcular la posición y la orientación del efector final del manipulador relativo a la base del mismo, como una función de las variables de las articulaciones [13]. 5.4.2 Cinemática inversa El objetivo del problema cinemático inverso cosiste en encontrar los valores que deben adoptar las coordenadas articulares del robot para que su extremo se posicione y oriente según una determinada localización espacial. El procedimiento de obtención de sus ecuaciones es fuertemente dependiente de la configuración de sus eslabones [14]. 5.5 Proceso de elaboración de una blusa 5.5.1 Sistema México El Sistema México es un conjunto de plantillas para elaboración de una prenda superior femenina ya sea blusa, chaleco, saco, etc.; dicho sistema es la base para la generación de la prenda pues determina los puntos en los cuales se debe basar el diseñador para obtener el trazo base y, por

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último, la transformación de plantillas para la obtención de un modelo específico. El sistema cuenta con dos plantillas, delantera y trasera, cada una posee varios puntos denominados con un número determinado que corresponde a la talla (dentro del sistema) a la que pertenece la persona, al unir dichos puntos con igual denominación se forma un contorno, el cual se denomina patrón.5 El Sistema México se muestra en las Fig. 10 y 11.

Figura 10. Sistema México - Espalda

Figura 11. Sistema México – Delantero

5.5.2 Proceso de elaboración del trazo base de una blusa Para la elaboración de una blusa se deben tener los siguientes datos sobre el cliente:

Nombre

Contorno de cintura

5 El Sistema México es de dominio público entre las instructoras de corte y confección del Instituto de

Capacitación para el Trabajo del Estado de Morelos y de muchas amas de casa dedicadas a este oficio, es vendido en mercerías y tiendas de máquinas de coser industriales, sin embargo, no se encontró documentación sobre sus orígenes o bases.

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Contorno de cadera

Largo de espalda

Largo de cadera

Separación de busto

Bastilla

Holgura o costado

También se debe determinar si el modelo final de la blusa tendrá cuello o escote, y si llevará manga o no. Los patrones delantero y trasero cuentan con puntos específicos correspondientes a cada parte del cuerpo. De acuerdo a las Figuras 12 y 13, se enumeran los siguientes:

1. Cuello o escote 2. Largo de espalda 3. Contorno de cintura 4. Inicio de la curva de la manga 5. Profundidad de la curva de la manga 6. Final de la curva de la manga a la altura del hombro 7. Altura del cuello a nivel del hombro

Figura 12. Principales puntos del patrón delantero

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2 3

4

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6

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Figura 13. Principales puntos del patrón trasero

Una vez que se tienen los datos anteriores y el patrón de la talla correspondiente al contorno de busto del cliente se procede a realizar las modificaciones necesarias para personalizar el patrón. Delantero Desde la altura del punto 7 se mide el largo del escote sobre la dirección de la línea del punto 1 al 2, en el caso de que el modelo incluya cuello se deja tal y como está, a partir de este punto se mide el largo de espalda mas tres centímetros, a partir de ese punto se mide el largo de cadera en la misma dirección y, haciendo escuadra, se mide ¼ de contorno de cintura +3cm. Del punto más bajo se hace escuadra y se mide ¼ de contorno de cadera, de ahí se traza con la curva sastre uniendo este último punto con el punto 3, de dicho punto se traza otra línea recta, entre la curva anterior y la recta se forma un ángulo obtuso dicho ángulo debe ser suavizado con la curva sastre. Del punto 4 al 5 se utiliza una parte de la curva francesa, del punto 5 al 6+2cm hacia arriba se utiliza un segmento distinto de la curva francesa, en caso de que la blusa no lleve manga, el punto 4 se recorre 1.5cm hacia abajo y el punto 6 1.5cm hacia la izquierda, en ambos casos el punto 7 se recorre 3 cm hacia la derecha y el punto 6 y 7 se unen. Del punto 7 al nuevo punto 1 si es escote se da la forma del tipo de escote a realizar, si es cuello, se realiza una curva con un segmento de la curva francesa, distinto a los anteriores.

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4

5

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Una vez realizadas las modificaciones previas se trazan las pinzas que, para el caso delantero son dos, una vertical ubicada a ½ de separación de busto a partir de la línea media y la otra horizontal que comienza en el punto superior de la pinza vertical. Trasero Desde la altura del punto 1 menos un cm hacia abajo se mide el largo de espalda exacto, a partir de ese punto se mide el largo de cadera en la misma dirección y, haciendo escuadra, se mide ¼ de contorno de cintura +2cm. Del punto más bajo se hace escuadra y se mide ¼ de contorno de cadera + 1cm, de ahí se traza con la curva sastre uniendo este último punto con el punto 3, de dicho punto se traza otra línea recta, entre la curva anterior y la recta se forma un ángulo obtuso dicho ángulo debe ser suavizado con la curva sastre. Del punto 4 al 5 se utiliza una parte de la curva francesa, del punto 5 al 6+2cm hacia arriba se utiliza un segmento distinto de la curva francesa; en caso de que la blusa no lleve manga, el punto 4 se recorre 1.5cm hacia abajo y el punto 6 1.5cm hacia la izquierda, en ambos casos el punto 7 se recorre 3 cm hacia la derecha y el punto 6 y 7 se unen. Del punto 7 al nuevo punto 1 realiza una curva con un segmento de la curva francesa, distinto a los anteriores. La pinza correspondiente al trasero se realiza a partir de la medida de separación de busto es vertical y de mayor longitud que su similar delantera.

5.5.3 Curva Sastre y Curva Francesa La Curva Sastre es una regla diseñada especialmente para sastres en acrílico transparente o madera, ayuda a configurar curvas suaves y largas por ejemplo, caderas entrepiernas, afinaciones, ideal para trabajar sastrería de caballero y dama. Esta regla es de uso muy común en todo tipo de trazos. En la Fig. 14 se muestra una Curva Sastre.

Figura 14. Curva sastre

La Curva Francesa es una regla clásica en acrílico o madera para modistas o sastres, esta regla ayuda a configurar escotes, sisas, tiro de pantalón, corte francés, copa (corona) de manga, afinaciones, etc. En la Fig. 15 se muestra una Curva Francesa.

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Figura 15. Curva francesa

5.6 Procesamiento Digital de Imágenes (PDI) Desde el principio de la cienca, la observación visual ha jugado un papel muy importante. En esos tiempos, el único camino para documentar los resultados de un experimento era mediante la descripción verbal y dibujos a mano. El siguiente paso importante fue la invención de la fotografía la cual permitió que los resultados se documentaran objetivamente. Generalmente, las imágenes fueron usadas para documentación, descripción cualitativa e ilustración del fenómeno observado. Actualmente, estamos en medio de la segunda revolución provocada por el rápido progreso en video y la tecnología computacional. Las computadoras personales han llegado al potencial suficiente para el procesamiento de los datos que una imagen proporciona. Como resultado, el software y el hardware están llegando a un patrón para el manejo de imágenes, secuencias de imágenes y visualización 3D. La tecnología está ahora disponible para científicos o ingenieros. En consecuencia, el procesamiento de imágenes se ha expandido rápidamente para muchas aplicaciones especializadas dentro de las herramientas comunes de los científicos. Las técnicas de procesamiento de imágenes ahora son aplicadas prácticamente en todas las ciencias naturales y disciplinas técnicas [15]. PDI no es un proceso de un solo paso. Se debe ser capaz para distinguir entre los diversos pasos pueden funcionar uno después de otro hasta poder extraer los datos de interés de la escena observada, sin embargo, se pueden determinar tres etapas importantes cada una incluye diversos pasos: digitalización, preprocesamiento y el procesamiento en sí. 5.7 Servomotores

Existen dos tipos de servomotores: analógicos y digitales. Ambos tipos de servos son iguales a nivel de usuario: tienen la misma estructura (motor DC, engranajes reductores, potenciómetro y placa de control) y se controlan con las mismas señales PWM. La principal diferencia entre ellos radica en la adición de un microprocesador en el circuito de control de los servos digitales. Este microprocesador se encarga de procesar la señal PWM de entrada y de controlar el motor mediante pulsos con una frecuencia 10 veces superior a los servos analógicos [16]. En los servomotores digitales el aumento en la frecuencia de excitación del motor permite disminuir su tiempo de respuesta (menor deadband), aumentar su resolución de movimiento y suavizar su aceleración/deceleración. El uso de un microprocesador permite también a los servos digitales

28

programar distintos parámetros de configuración que son fijos en los analógicos: sentido de giro, posición central inicial, topes en el recorrido del servo, velocidad de respuesta del servo y resolución. Para establecer estos parámetros se deben utilizar aparatos específicos de cada marca. El principal inconveniente de los servos digitales es que consumen más energía que los analógicos al tener que generar más pulsos de control para el motor. En la Fig. 16 se muestra un servomotor digital.

Figura 16. Servomotor HSR-8498HB

5.8 Visual C# En la actualidad la mayoría de las aplicaciones que se crean son desarrolladas a partir de componentes software, pequeñas porciones de código reutilizable que, en ocasiones, forman parte de los servicios que ofrece el lenguaje o el sistema operativo, mientras que en otras se adquieren por separado de terceras partes. En cualquier caso, hoy se necesitan lenguajes de programación que sean capaces de utilizar esos componentes como una construcción más, al tiempo que simplifican su desarrollo para uso propio o de terceros. Además, no se exige únicamente un compilador o un entorno básico de edición/compilación/depuración, sino un completo entorno que facilite el diseño de las interfaces de usuario, la gestión de los proyectos, que cuente con herramientas para el acceso a datos, etc. Visual C# 2008 es un entorno de desarrollo de última generación, con gran parte de los elementos de Visual Studio 2008, conjuntamente con el compilador de uno de los lenguajes de programación más avanzados que existen en la actualidad: C# 2.0. A esto se une una extensa documentación de referencia en línea, material de apoyo como este libro y una amplia comunidad de programadores a nivel mundial. Es un producto que se adquiere de forma gratuita y que, tras el correspondiente registro (también gratuito), puede utilizarse sin ningún tipo de limitación en el tiempo. Incorpora, como se ha dicho, el lenguaje de programación seguramente más avanzado actualmente, conjuntamente con un entorno muy funcional. Además de como herramienta de aprendizaje, este producto puede servir también para desarrollar aplicaciones simples que pueden tener interfaces de usuario basadas en ventanas, utilizar bases de datos y acceder a los distintos servicios de la plataforma .NET [17].

Capítulo 6. DESARROLLO EXPERIMENTAL

30

6 Desarrollo experimental 6.1 Funcionamiento general del prototipo En la Fig. 17 se observa el diagrama a bloques general del funcionamiento del prototipo.

SoftwareInterfaz

(PIC)

Brazo Trazador

(Servomotores)

Usuario Puerto USB Puerto serie Área de trabajo

Figura 17. Diagrama a bloques general.

6.1.1 Software de diseño

Permite que el usuario genere el Trazo Base de la blusa deseada y la envíe a trazar sobre la tela. En la Fig. 18 se muestra el diagrama a bloques del funcionamiento del software.

Interfaz gráficaSoftware de

diseño

Selección de

plantilla

Personalización

de plantilla

Despliegue del

diseño en el área

virtual de trabajo

Almacenamiento

del diseño

Transferencia de

datos hacia el

prototipo

Figura 18. Diagrama a bloques del software.

6.1.2 Interfaz computadora-prototipo Permite la transmisión de datos. El diseño realizado en la PC es interpretado en el prototipo por medio de esta interfaz que está programada en el PIC. La Fig. 19 muestra el proceso que se sigue en esta fase para llevar a cabo su función.

Inicio

Envío de

conexión

Solicitud

de trazado

No

Espera

paquete

Hasta 10

paquetes o

fin

Almacenamiento

en el PIC

Envío de

paquetes hacia

el brazo

Transmisión

finalizada

No

No

Figura 19. Diagrama de flujo de la interfaz PC-prototipo.

31

6.1.3 Brazo trazador

Se desplazará, según los datos interpretados por la interfaz, a lo largo y ancho del área de trabajo, siguiendo las instrucciones pertinentes para realizar el dibujo del trazo sobre la tela con el movimiento de los eslabones controlados por los servomotores.

Punta trazadora. Se moverá verticalmente para poder marcar la tela. La disposición de los puntos a marcar serán también enviados mediante el PIC.

En la Fig. 20 se muestra el diagrama de flujo del brazo trazador.

Inicio

Interpretar

comando

Envía

posición

Recibe

posición

Mover a

posición

Esperar

comando

Figura 20. Diagrama de flujo del brazo trazador.

6.2 Estudio de la biomecánica del miembro superior

6.2.1 Análisis cinemático

6.2.1.1 Cinemática directa El objetivo de este análisis es conocer la posición final del brazo (x, y), conociendo la orientación y longitud de los eslabones articulados. Con base en el esquema de dos eslabones de la Fig. 21 se calcula la posición final (x,y). Por trigonometría se obtiene:

)1()1(

)1cos()1cos(

qRsenqHseny

qRqHx

32

Figura 21. Cinemática directa

6.2.1.2 Cinemática inversa El objetivo de este análisis es conocer la orientación que cada eslabón debe adoptar para que el final del brazo se encuentre en una posición conocida (x, y). Así pues, se pueden conocer dichas variables en base en el diagrama de la Fig. 22.

Figura 22. Cinemática inversa

Mediante la Ley de cosenos:

HR

HRB

2cos

2221

33

Se tiene también que:

B

RHr

)cos(cos 1

rq

B

ysen

1

1

Con lo anterior se puede observar que:

1º180 q

Sustituyendo:

B

RH

B

ysen

)cos(cosº180 11

Con los ángulos α y β se define la orientación de los eslabones que posicionan al brazo en el punto (x, y).

6.2.2 Análisis biomecánico del brazo

El brazo, por las medidas requeridas para el prototipo, se diseñará con medidas antropométricas las cuales serían las correspondientes a una persona de 1.80 m de altura con masa de 75Kg. De manera que, la longitud total del brazo es

mmLb 72.04.0*80.1

El peso total de la persona sería

Ns

mkg 75.73581.9*75

2

Por lo tanto, el peso aproximado del brazo sería

NNb 78.3605.0*75.735

Lo anterior corresponde a una masa de 3.75Kg. Asumiendo que el brazo pesará lo anterior, se calculará la fuerza Fm ejercida por el músculo deltoides, como se muestra en la Fig. 23, suponiendo que éste se encuentra insertado al hueso con un ángulo α=30º. También se determinarán las componentes de reacción verical (Ry) y horizontal (Rx). Se determina el diagrama de cuerpo libre mostrado en la Fig.24.

34

Figura 23. Posición del músculo deltoides en el brazo

Figura 24. Diagrama de cuerpo libre

El sistema queda descrito por las siguientes ecuaciones:

º30cos*

0º30cos*

0

FmRx

FmRx

Fx

º30*78.36

0º30*78.36

0

senFmRy

senFmNRy

Fy

NFm

Fm

senFm

M H

9.183

24.13072.0

0)144.0(º30*)36.0(78.36

0

Una vez obtenido el valor de Fm, se sustiuyen los valores de Rx y Ry como sigue:

α=30º

α=30º

ωb=36.78N

35

NR

NsenFmRy

NFmRx

53.168)17.55()25.159(

17.55)5.0(9.18378.36º30*78.36

25.159)866.0(9.183º30cos*

22

Lo anterior equivaldría a que la articulación del hombro soportara una masa aproximada de 17.17Kg. Sin embargo, para el prototipo a utilizar no se dispone de un músculo deltoides, como se muestra en el diagrama de cuerpo libre de la Fig. 25, además, como el brazo posee dos eslabones, el peso total se puede dividir en dos partes wb1=wb2=18.39N, colocados cada uno a la mitad de cada eslabón y el análisis de momentos se puede realizar en el punto A para localizar la fuerza de reacción Rey.

Figura 25. Diagrama de cuerpo libre sin la fuerza del músculo deltoides

Los cálculos para el diagrama anterior son los siguientes:

NR

R

R

M

y

y

y

A

78.36

62.618.0

0)18.0()36.0(39.18

0

Se sabe de antemano que Rx=0, por lo que el peso que debe soportar el hombro es de 36.78N, el equivalente al peso total del brazo.

6.2.3 Análisis del movimiento del miembro superior, durante el dibujo a mano alzada, mediante visión artificial

Para la realización de este trabajo se grabó un video del trazado a mano alzada del patrón base de una blusa marcando con un LED la articulación del hombro, del codo y de la mano . Con este análisis se pretende determinar el tiempo aproximado del trazado, qué parte del brazo tendrá mayor movimiento, velocidad , aceleración y los ángulos entre eslabones. Estos parámetros son muy importantes para el diseño físico del sistema, pues permitirán determinar el tipo de material, tipo de articulación, así como los rangos máximos de movimiento necesarios para un buen funcionamiento del sistema. Procedimiento Una vez grabado el video con los marcadores de las articulaciones, se carga en MATLAB y es separado en frames, para el tratamiento de la imégenes que componen el videoy así facilitar la obtención de los centroides de cada marcador. En la Fig. 26 y Fig. 27 se encuentran una imagen resultante y su binarización.

36

Figura 26. Brazo con marcadores.

Figura 27. Fig. 17 Binarizada.

Se obtiene el centroide de cada marcador para cada imagen, con el objeto de tener los datos de la posición del marcador en cada instante de tiempo y apartir de ésta, la velocidad y la aceleración, mostradas en Fig. 28, Fig.29 y Fig.30 para cada eslabón.

LED’s marcadores

37

Figura 28. Posición, velocidad y aceleración de la articulación de hombro

Figura 29. Posición, velocidad y aceleración de la articulación del codo

0 10 20 300

10

20

30

40

50Gráfica de posiciónn en x del HOMBRO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 300

10

20

30

40

50Gráfica de posición en y del HOMBRO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-50

0

50Gráfica de velocidad en x del HOMBRO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-50

0

50Gráfica de velocidad en y del HOMBRO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-50

0

50Gráfica de aceleración en x del HOMBRO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-50

0

50Gráfica de aceleración en y del HOMBRO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 3020

30

40

50

60

70Gráfica de posición en x del CODO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 300

20

40

60

80

100Gráfica de posición en y del CODO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-40

-20

0

20

40Gráfica de velocidad en x del CODO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-100

-50

0

50

100Gráfica de velocidad en y del CODO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-40

-20

0

20

40Gráfica de aceleración en x del CODO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-40

-20

0

20

40Gráfica de aceleración en y del CODO.

Segundos

Pix

ele

s

38

Figura 30. Posición, velocidad y aceleración de la articulación de la mano

Como se puede observar en las gráficas anteriores, la mano es la que tiene mayores velocidades, aunque no sobrepasan los 20 pixeles por segundo. Este resultado es útil para el análisis de deformaciones del brazo, pues al comprobar que las aceleraiones son casi nulas, la única fuerza significativa sería la del peso del eslabón. Esta aceleración se debe a la velocidad con la que se realizó el dibujo a mano alsada, que es precisamente lo que se desea emular. El lienzo final con las posiciones de cada articulación y el dibujo a mano alzada de la blusa se encuentra en la Fig. 31.

Figura 31. Trayetorias de las articulaciones (rojo-hombro,verde-codo,azul-mano)

0 10 20 300

50

100

150Gráfica de posición en x de la MANO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 300

50

100

150Gráfica de posición en y de la MANO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-100

-50

0

50

100Gráfica de velocidad en x de la MANO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-40

-20

0

20

40Gráfica de velocidad en y de la MANO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-100

-50

0

50

100Gráfica de aceleración en x de la MANO.

Segundos

Pix

ele

s

0 10 20 30-100

-50

0

50

100Gráfica de aceleración en y de la MANO.

Segundos

Pix

ele

s

39

Con las posiciones conocidas se puede obtener el ángulo de cada eslabón las gráficas obtenidas se encuentran en la Fig.32.

Figura 32. Gráfica de ángulos de los eslabones

De la gráfica anterior se deducen los rangos para los ángulos, que forman los eslabones “húmero” con “Radio-cúbito” y “húmero” con la horizontal. Tabla 4. Ángulos máximos y mínimos de los marcadores.

Angulo mínimo (°) Angulo máximo (°) Rango (°)

“Húmero” 74.1407° 179.0493° 104.9086°

“Radio-cúbito” 62.2805° 179.2785° 116.9980°

6.3 Estudio biomecánico de los pícidos

6.3.1Disposición mecánica Mediante un video obtenido en la red, ya que, aunque se consiguiera un pájaro carpintero, sería muy difícil lograr que éste realice el martilleo tal como lo haría en su hábitat natural. En dicho video se puede observar la postura del cual se pueden obtener los eslabones de la Fig. 33 en donde se pueden observar los eslabones trazados en Working Model 2D.

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4Gráfica de posición angular del eslabón 1.

Segundos

Radia

nes

0 5 10 15 20 25 301

1.5

2

2.5

3

3.5Gráfica de posición angular del eslabón 2 recpecto del eslabón 1.

Segundos

Radia

nes

40

Figura 33. Eslabones elaborados en Working Model 2D

Como se aprecia en el video, el único eslabón móvil es el correspondiente al cuello y la cabeza, ya que sus patas y su cola son fijos, por lo que se realizaron dos modelos mecánicos posibles mostrados en la Fig. 34 y Fig.35.

Figura 34. Modelo mecánico 1. Martilleo con leva.

Figura 35. Modelo 2. Martilleo con hélice.

De acuerdo a la simulación de ambos sistemas mostrados, se decidió utilizar el sistema en el que gira una hélice, ya que es el que ofrece un movimiento más parecido al del pícido. En dichas simulaciones se observa un alto grado de rebotes y vibraciones debidas al contacto del pico con el eslabón del tronco, dichas vibraciones son las que afectarían al pigmento, sin embargo, según los sistemas amortiguadores del pícido éstas no deben ocasionar problemas.

41

6.4 Diseño de las piezas

6.4.1 Brazo trazador 6.4.1.1 Diseño

Para el diseño de los eslabones se sigue el perfil del brazo humano disminuyendo el grosor en la punta para que exista una mayor área de contacto en los soportes. Se muestran los diseños en la Fig. 36 -39.

Figura 36. Diseño del eslabón “húmero” inferior.

Figura 37. Diseño del eslabón "húmero" superior.

Figura 38. Diseño del eslabón “Radio-cúbito”.

42

Figura 39. Base.

6.4.1.2 Ensamblado y simulación

En la Fig. 40, 41 y 42, se muestra cómo se ensamblan los eslabones del brazo trazador en SolidWorks, colocando las restricciones necesarias.

Figura 40. Piezas ensambladas.

43

Figura 41. Eslabones y servomotores ensamblados (Vista a).

Figura 42. Eslabones y servomotores ensamblados (Vista b).

Se realizó la simulación correspondiente en SolidWorks de los gráficos anteriores. 6.4.1.3 Análisis estructural

Se realizó un análisis de cada pieza por separado para comprobar su resistencia. Para su estudio se utilizaron las características del polietileno reciclado proporcionadas por el fabricante. Se tuvieron resultados satisfactorios con dicho material:

44

Análisis mediante elemento finito “húmero” superior (Fig. 43-45)

Figura 43. Eslabón del "húmero" superior, análisis de tensiones.

Figura 44. Eslabón del "húmero" superior, análisis de desplazamientos.

45

Figura 45. Eslabón del "húmero" superior, análisis de deformaciones.

Análisis mediante elemento finito “húmero” inferior (Fig. 46-48)

Figura 46. Eslabón del "húmero" inferior, análisis de tensiones

46

.

Figura 47. Eslabón del "húmero" inferior, análisis de desplazamientos.

Figura 48. Eslabón del "húmero" inferior, análisis de deformaciones.

47

Análisis mediante elemento finito “Radio-cúbito” (Fig. 49-51)

Figura 49. Eslabón “Radio-cúbito”, análisis de tensiones.

Figura 50. Eslabón “Radio-cúbito”, análisis de desplazamientos.

48

Figura 51. Eslabón “Radio-cúbito”, análisis de deformaciones.

Análisis de elemento finito de la base (Fig. 52-54).

Figura 52. Base, análisis de tensiones.

49

Figura 53. Base, análisis de desplazamientos.

Figura 54. Base, análisis de deformaciones.

50

Como se puede observar en las figuras anteriores no existe deformación en las piezas y la región de mayor esfuerzo se encuentra en los puntos de unión de los eslabones que es la región esperada. El resultado completo del análisis mediante elemento finito se encuentra en el Anexo A.

6.4.2 Punta trazadora 6.4.2.1 Diseño

De acuerdo con el sistema mecánico obtenido anteriormente se diseñaron las piezas que conformarán la punta trazadora como se muestra en las siguientes figuras en donde se presentan las más relevantes cuyos gráficos se realizaron en AutoCAD.

Figura 55. Base y eslabón móvil (Vista a)

Figura 56. Base y eslabón móvil (Vista b)

En la Fig. 55 y 56 se observa la parte fija del modelo o base en la que se encuentra el eslabón que representa el cuello del pícido, mientras que existe una parte móvil que es el eslabón que sostiene el pico y se mueve a lo largo de una corredera que le da dirección. En la Fig. 57 se muestra el símil del

51

pico, el cual fue diseñado en base a las curvas que posee .el pico del pícido. las medidas del diseño se encuentran en el Anexo B.

Figura 57. Pico

Como parte del modelo biomecánico del pícido se realizaron dos diferentes piezas de análisis, para determinar si la forma del pico ayuda a los pícidos en el amortiguamiento de las fuerzas de impacto. Por esta razón, para determinar la forma de la pieza que llevaría la tinta se realizó el análisis de elemento finito en SolidWorks a una pieza con la forma del pico (curveada) (Fig. 61-63) y otra pieza de forma cónica (Fig. 58-60). A continuación se muestran los resultados: Pieza cónica:

Figura 58. Pieza cónica, análisis de tensiones.

52

Figura 59. Pieza cónica, análisis de desplazamientos.

Figura 60. Pieza cónica deformada.

53

Pieza curveada

Figura 61. Pieza curveada, análisis de tensiones.

Figura 62. Pieza curveada, análisis de desplazamientos.

54

Figura 63. Pieza curveada deformada.

Como se puede observar, en el análisis de desplazamientos, la pieza curveada tiene menores desplazamientos que la pieza cónica, lo cual la hace la mejor opción para la emulación del martilleo de los pícidos, ya que soporta las fuerzas y presiones aplicadas y está construida conforme el pico del pícido.

6.4.3 Área de trabajo 6.4.3.1 Diseño

El área de trabajo consta de una superficie rectangular sobre una mesa. En la esquina inferior izquierda de la plataforma superior (superficie de trazado) de la mesa, como se muestra en la Fig. 64, habrá un desnivel que servirá para colocar un soporte para la base del brazo, del cual se hablará más adelante. La plataforma inferior tomó la forma vista para favorecer que el usuario pueda utilizarla como apoyo para otras labores.

Figura 64. Diseño del área de trabajo

55

6.4.3.2 Mecanismo de sujeción de tela Para la sujeción de la tela se utilizará una capa de lija fina (Fig. 65) que se colocará sobre el área de trazado. La lija impedirá que la tela resbale de la mesa además, en el momento en el que la punta trazadora choque con dicha lija, ésta facilitará que el pigmento se incruste en la tela. La lija deberá tener un antiderrapante muy fino ya que no debe jalar ni maltratar la tela al colocar ésta sobre el área de trazado.

Figura 65. Acercamiento donde se observa que el antiderrapante debe ser fino

6.4.3.3 Control mecánico

La base del brazo trazador, es decir, la articulación del hombro, será reforzada de manera que el peso del brazo completo pueda ser completamente soportado por dicha base. En la Fig. 66 se muestra la disposición de los actuadores y de los sistemas de control mecánico.

Figura 66. Esquema que muestra el soporte de la base.

6.5 Material de elaboración 6.5.1 Brazo trazador 6.5.1.1 Material propuesto Se propuso, en un principio, la utilización de Nylamid, de la familia de las poliamidas (PA) nylon. Su combinación de propiedades mecánicas y eléctricas, su resistencia a la abrasión, ligereza (su peso es 1/7 del peso del bronce), facilidad de maquinado y amplia disponibilidad de presentaciones y medidas, han hecho del Nylamid®, el material ideal para la fabricación de diversas piezas; desde

56

pequeños bushings, engranes, cojinetes, rodillos, ruedas y tornillos, hasta grandes coronas de engrane, de casi 2 metros de diámetro, valiéndose de las mismas máquinas y herramientas que se usan para el maquinado de metales. Por su variedad de opciones, han satisfecho múltiples necesidades en el diseño de equipo original y también en la sustitución de materiales tan tradicionales como el bronce y el acero, aplicándolos en diversas maquinas de casi todos los sectores industriales, tales como; alimenticio, siderúrgico, naval, papelero, metalmecánico, etc. 6.5.1.2 Material utilizado El material elegido anteriormente fue el Nylamid, pero al pedir cotizaciones a los distribuidores del producto nos enteramos de que una placa de aproximadamente 60x60cm tenía un costo de entre $700.00 y $900.00 dependiendo del tipo de Nylamid requerido. Por esta razón se buscó otro material que pudiera tener características similares a un precio más económico. El material elegido fue el polietileno reciclado, que se puede trabajar con las mismas herramientas manuales o eléctricas que la madera, se puede clavar, atornillar, rautear; no se pudre, es impermeable, no se astilla, es resistente a la corrosión, resistente a los ácidos y es reciclable, no es conductor y se puede soldar. Sus características mecánicas son las siguientes: Tabla 5. Comparación de características de los materiales propuestos.

Característica Polietileno reciclado Nylamid

Resistencia a la tensión 100kg/cm2 773 kg/cm2

Resistencia a la compresión 1600 kg/cm2 985 kg/cm2

Densidad 0.93 a 0.98 g/cm3 --

El precio por una placa de polietileno reciclado comprimido de 1.06x2.46m y espesor de 3/8” tiene un precio de $495.00 más gastos de envío. Además de un precio mucho más económico es una buena manera de beneficiar al medio ambiente utilizando productos de material reciclado. La masa máxima y sobrada del brazo prototipo será de 3.75Kg. Se necesita este dato para el cálculo de la resistencia a la compresión y a la tensión que necesitará el material a utilizar. Como se sabe para el cálculo de la resistencia a la compresión y a la tensión se aplica la siguiente fórmula:

SPR / 6

6 Grupo de Hormigon, RESISTENCIA DECOMPRESIÓN A PROBETAS CÚBICAS Y CILÍNDRICAS (Norma Chilena 1037), Pontificia Universidad

Católica de Valparaíso – Chile/ Ingeniería en construcción, Fecha de acceso: 24/09/09, Disponible en: http://icc.ucv.cl/hormigon/nch1037.htm

57

Donde R es la resistencia dada en Kg/cm2, P es la masa aplicada dada en Kg y S es la superficie dada en cm2. Para el cálculo de la resistencia a la compresión del material a utilizar se supone que la masa no se distribuirá a lo largo del brazo y, por lo tanto, se concentrará en una superficie mínima de 0.5x0.5=0.25cm2 ya que esta superficie será la parte en la que se fijará el brazo prototipo, por lo que el cálculo se realiza como sigue:

2

2

/15

25.0/75.3

/

cmKgR

cmKgR

SPR

Para el cálculo de la resistencia a la tensión se supone una masa total de 3.75Kg aplicada en una sección transversal S de 0.5x6=3cm2, por lo que el cálculo se realiza como sigue:

2

2

/25.1

3/75.3

/

cmKgR

cmKgR

SPR

Como se puede observar en los cálculos anteriores, el material propuesto como primera opción queda sobrado en cuanto a la resistencia a la compresión mientras que el material elegido queda sobrado en cuanto a la resistencia a la tensión, sin embargo, se puede ver que este último cubre las necesidades del prototipo y, aunque sobrepase lo estrictamente requerido, también satisface otros requerimientos como son economía, estética, cuidado al medio ambiente, y que se puede maquinar con las mismas herramientas que la madera y demás características.

6.5.2 Punta trazadora Para la elaboración de la punta trazadora se usaron varios materiales:

- La parte del pico que es la que recibe el impacto de los golpes contra la mesa se fabricó de un acrílico comúnmente utilizado en prótesis dentales, ya que es un material resistente que ofrece las características de ser poroso y, al mismo tiempo, compacto y se puede pulir. Se obtiene en base a la mezcla de monómero de metil metacrilato que es un líquido y resina acrílica autocurable en polvo, por lo que se puede moldear y obtener la forma y dimensiones deseadas.

- La base se elaboró de polietileno reciclado, el mismo material del brazo trazador. - Los eslabones que controlan la posición de la punta son de acero, ya que fueron piezas

adaptadas al prototipo. - El tubo que da la dirección al pico es de plástico y también es una pieza adaptada.

6.5.3 Tinta

Como tinta se utilizó pintura digital lavable, que es un líquido denso, ya que es el tinte que no se borra sino hasta que la prenda se lava y no mancha. Se descartó el uso de la greda ya que no se impregna a la tela al golpear, si no que forzosamente debe deslizarse.

58

6.6 Elaboración de las piezas 6.6.1 Brazo trazador De acuerdo a los diseños de las piezas para el brazo trazador mostrados en la sección 6.4.1, se cortaron piezas de polietileno reciclado con las medidas y especificaciones del Anexo B. En las Fig. 67-69 se muestran las piezas resultantes.

Figura 67. Piezas cortadas correspondientes al brazo y antebrazo.

Figura 68. Base del brazo trazador.

59

Figura 69. Todas las piezas que conforman el brazo trazador con los servomotores ensamblados.

En las articulaciones correspondientes al hombro y al codo se acomodaron balines para que permitieran un movimiento con menos fricción y los motores realicen el menor esfuerzo posible. En la Fig. 70 se muestra una de las articulaciones con balines.

Figura 70. Disposición de los balines en una articulación.

6.6.2 Punta trazadora El pico de la punta trazadora primero se moldeó, luego se pulió y, por último, se le colocaron imanes para que se pueda quitar y poner fácilmente. El proceso de esta pieza se muestra en las Fig. 71-73.

Figura 71. Pico moldeado con acrílico.

60

Figura 72. Pico pulido.

Figura 73. Colocación de imanes en el pico construido.

6.6.3 Área de trabajo El área de trabajo se construyó con un plástico grueso al cual se le colocaron piezas de lija como sistema de sujeción de la tela. El área construida se muestra en la Fig. 74.

Figura 74. Apariencia del área de trabajo definitiva.

61

6.7 Control del brazo trazador 6.7.1 Servomotores utilizados

De acuerdo a los cálculos obtenidos anteriormente, la articulación del hombro, que para este caso es un servomotor, debe soportar aproximadamente 3.75kg. Si bien, el brazo del prototipo es más ligero, se utilizó el valor anterior para la elección del servomotor ya que se pretende que éste no se fuerce al ser utilizado. Las características de los servomotores digitales mencionadas en el marco teórico (Sección 5.7) sirven para el desarrollo del prototipo, en el sentido de que se deben coordinar ambos servomotores para generar el movimiento natural que emule el movimiento del brazo humano al dibujar. En general, se pueden resumir las características de los servos digitales en: Ventajas de un servo digital: -Mayor fuerza de sostenimiento. -Parámetros programables a través de un programador de servos digitales. -Desarrolla el torque total a menos de un grado de su posición final. -Mayor velocidad de respuesta y posicionamiento más preciso. Desventajas: -Mayor consumo de corriente. -Mayor costo. Se había decidido utilizar el servomotor analógico HS-422 por sus características técnicas, ya que se adaptaba a las necesidades del prototipo pues tiene un torque de hasta 4.1kg.cm, de manera que soportaría el brazo y sería capaz de moverlo sin mayor problema, además, es económico comparado con otros similares. Sin embargo, para el prototipo se decidió utilizar el servomotor digital HSR-5498SG el cual sustituye al servomotor analógico propuesto anteriormente, ya que, aunque con un precio mayor, ofrece todas las ventajas de los servos digitales mencionadas anteriormente además, cuenta con engranes metálicos. Este servomotor se colocará en las articulaciones del brazo trazador que representan la articulación del hombro y

la del radio-cúbito. Tiene un torque de hasta 11Kg a 6V, lo cual es suficiente para mover el brazo trazador. Sus características principales son las mostradas en el Anexo C.

Para el control del martilleo de la punta trazadora se había planteado la utilización de un motor de cc, sin embargo, con este tipo de motores no se puede conocer la posición exacta de la punta y se corre el riesgo de forzar ya sea la punta o el motor al intentar éste seguir girando una vez que la punta ha hecho contacto con la tela sobre el área de trabajo. Por esta razón se utilizó un servomotor cuya posición y velocidad pueden ser controladas. El servo colocado en la punta trazadora es el HS-8498HB cuyo torque es de 5.2kg.cm a 4.8V, que es el menor torque para servomotores digitales disponible en el mercado.

En la Fig. 75 se muestra la interfaz que proporciona Hitec, para cambiar los parámetros del motor, la cual fue utilizada para probar los mismos antes de la elaboración de los circuitos definitivos.

62

Figura 75. Interfaz de Hitec.

6.7.1.2 Ubicación de los motores Los servomotores quedarán dispuestos como se muestra en la Fig.76.

Figura 76. Esquema que muestra la posición de los motores en esferas y el soporte de la base del brazo en un prisma.

6.7.2 Control de servomotores 6.7.2.1 Microcontrolador utilizado

El microcontrolador usado para el prototipo fue el PIC18F2550 ya que, a lo largo del desarrollo del prototipo se decidió que la comunicación entre el prototipo y la computadora debe ser mediante puerto USB, a diferencia de lo planteado en un principio, ya que, gracias al avance tecnológico, se ha desplazado en su totalidad el puerto serie de los nuevos equipos, por lo que el uso comercial del prototipo para solucionar los problemas de las microempresas de la industria del vestido sería bastante complicado.

63

El PIC mencionado sustituyó a los dos microcontroladores planteados en un principio, ya que posee el protocolo de comunicación USB 2.0, tiene también protocolo de puerto serie para comunicación con los servomotores y 32Kb de memoria flash, características necesarias y suficientes para cubrir las necesidades del sistema.

6.7.2.2 Conexiones de comunicación PIC-Servomotores

Para el envío de instrucciones vía RS232 a los servomotores se utilizó el PIC18F2550. La programación del sistema se realizó mediante lenguaje C en el compilador CCS (PCWHD). Las posiciones de los motores se envían en paquetes de siete bytes via serial según el protocolo de los servomotores descrita en la sección siguiente y se varía su velocidad de acuerdo con la distancia que va a recorrer cada eslabón. Debido a que los niveles de voltaje TTL del PIC no corresponden con los del protocolo de comunicación serial se acoplaron mediante el circuito MAX232 mostrado en la Fig. 77.

Figura 77. MAX232

6.7.2.3 Protocolos de comunicación PIC-Servomotores Debido a que se utilizarán servomotores digitales se determinó controlar éstos mediante su protocolo de comunicación RS -232 con canal half dúplex. En un canal half dúplex, los datos pueden viajar en una u otra dirección, pero sólo durante un determinado periodo de tiempo; luego la línea debe ser conmutada antes que los datos puedan viajar en la otra dirección. La recepción y envío de información a los motores es multiplexada en una línea de datos mediante un solo cable de conexión. Es posible la conexión de hasta 256 servomotores en paralelo asignándole a cada uno su número de identificación con el cual se pueda controlar.

64

El esquema de conexión de los motores se muestra en las Fig. 78 y 79.

Figura 78. Esquema de conexión de un servomotor.

Figura 79. Esquema de conexión de varios servomotores.

El uso de este tipo de control obedece a: - Se pueden controlar los servomotores mediante una sola línea de datos, lo cual reduce el consumo de recursos en el microcontrolador y material utilizado en la electrónica. - Se puede utilizar un solo microcontrolador para recibir datos de la PC y controlar los motores, lo cual reduce la electrónica y por lo tanto los costos. Para el control de los servomotores se utiliza un protocolo de comunicación que consta del envío y recepción de 7 bytes (Fig. 80). El primer byte inicia la comunicación y siempre debe tener el mismo valor (128 o 0x80), el segundo byte determina el comando que se le envía al servo (hay en total 13 comandos), el tercer byte es el parámetro1 del comando especificado, el cuarto byte es parametro2,

65

el quinto byte llamado checksum es utilizado para confirmar que los datos enviados son correctos y es igual a

finalmente, los últimos dos son valores que retorna el servomotor de acuerdo con el comando que se le envía.

Figura 80. Protocolo de comunicación de un servomotor.

Para el desarrollo del sistema sólo se utilizaron dos instrucciones para cada servo: cambiar de posición y cambio de velocidad, las cuales tienen como parámetros: Cambio de posición Las posiciones van de 600(0o) a 2400(180o). - Comand es el número de identificación del servo. - Param1 son los ocho bits más significativos de la nueva posición. - Param2 son los ocho bits menos significativos de la nueva posición. Cambio de velocidad -El comand es 0xE9. -Param1 es el número de identificación del servomotor a quien se cambia la velocidad. -Param2 es la nueva velocidad (1-100).

6.7.3 Interfaz PC- Prototipo

6.7.3.1 El PIC18F2550 Como se mencionó anteriormente, tanto el MSP430F169 como el PIC16F876 propuestos inicialmente, fueron sustituidos por el PIC18F2550 ya que, además de poseer un módulo para comunicación mediante USB y USART, posee la cantidad de memoria suficiente para el almacenamiento de las coordenadas de dibujo. Ya que el uso de los dos primeros microcontroladores mencionados estarían sobrados para el requerimiento real del sistema en cuanto a las salidas PWM, y limitados en cuanto a la cantidad de memoria que ofrecen.

6.7.3.2 Comunicación USB Se realizaron pruebas de comunicación serial con el PIC18F2550, mediante MATLAB. El PIC fue programado en MikroC con el protocolo RS232 para la comunicación mediante el puerto serie, sin embargo, se cambió la comunicación serial propuesta, por el protocolo USB, pues las computadoras actuales poseen todas puertos USB, y muy pocas uno serie (DB9), la velocidad de transmisión es del orden de Mb lo cual no afecta al desempeño del brazo y en cambio podría acelerarlo, además de que favorece al diseño de la electrónica pues se puede utilizar un solo microcontrolador .

66

Por las razones anteriores se seleccionó el PIC 18F2550 para la tarea de recibir los datos del PC así como a la comunicación serial para control de motores, pues posee el módulo de comunicación serial y USB. Las ventajas de utilizar este PIC son: Los módulos como USB, USART y PWM que son los que se utilizarán en el desarrollo del proyecto, es además el circuito integrado más pequeño y económico que posee USB. Como ya se ha citado previamente, se tomó la resolución de utilizar la comunicación USB para que el prototipo pueda ser utilizado en la mayoría de las PC‟s, entonces la comunicación computadora-brazo trazador se realizará mediante USB.

6.7.3.3 Protocolo y conexiones PIC- PC Para obtener las posiciones en las que se debe mover el brazo se utilizó la comunicación mediante USB entre el PIC y la computadora. La energía del puerto USB alimenta el circuito del PIC y el MAX232 para no usar la misma fuente que usan los servomotores y así evitar ruido en el control del brazo trazador. La conexión del PIC para comunicación USB se muestra en la Fig. 81.

Figura 81. Conexión del PIC para comunicación USB

En el PIC se incluyeron los descriptores del dispositivo, que es un archivo en el que se encuentran, el identificador del producto y la empresa que lo vende, proporcionados por Microchip, son de gran importancia para lograr la comunicación con la computadora. Mediante la comunicación implementada (bulk transfer) sólo se pueden enviar o recibir paquetes de 64 bytes. El PIC recibe 10 paquetes que contienen 160 puntos del grafico diseñado en la computadora y los envía a los servomotores, por lo tanto, el grafico se traza mediante porciones de 160 puntos. Los detalles del programa del PIC se pueden ver en el Anexo D.

67

6.7.3.4 Circuito general de control El control de los servomotores y la comunicación entre el PIC y la computadora se integraron en el circuito mostrado en la Fig. 82.

Figura 82. Circuito general.

En la Fig. 83 se muestra el diseño de la placa del para el circuito anterior en Proteus, mientras que en la Fig. 84, se muestra una vista en 3D de la placa diseñada.

Figura 83. Pistas para el PCB del circuito general de control.

68

Figura 84. Vista en 3D de la placa diseñada.

En la Fig. 85, se muestra el circuito armado y funcionando, colocado en una caja cuyas dimensiones son 11 x 5.5 x 2cm.

Figura 85. Circuito final utilizado (6.5x5cm).

6.7.4 Diseño de una fuente regulada [18] Se desea diseñar una fuente de alimentación que proporcione una tensión de salida de 6V cc, cuya corriente máxima sea de 3 A, para la alimentación de los circuitos a utilizar. En primer lugar, se calcula el valor del capacitor como sigue:

FA

fVr

IC DC 12500

2*60*2

3

2

Donde f es la frecuencia de corriente alterna y Vr es el voltaje de rizo máximo deseado.

Para el cálculo del transformador, la tensión de pico que presentará el secundario será la tensión mínima del condensador mas la tensión de rizado y la caída de tensión que ofrecen los diodos del puente rectificador, así:

69

VVVVVp

VVVVVVc

VVrVcVp

reg

D

4.124.129

9363

2

min

min

Como se sabe, el regulador de voltaje necesita en su entrada al menos, 2V o 3V más que en su salida para su funcionamiento correcto por lo que la tensión mínima del capacitor debe ser Vcmin=9V, como se muestra en el desarrollo anterior. Teniendo en cuenta que la tensión de la red varía ±10% de su valor nominal, la tensión eficaz que como mínimo debe tener el secundario es

VVVp

V 74.927.1

4.12

29.0sec

Por lo que se tomará un transformador de 120V-10V. Si se toma como corriente del secundario 3A, el valor del fusible que se deberá colocar en el primario, será utilizando los valores nominales

AVAVAI fus 3.0120/10*3120sec/*3

Una vez calculados los valores del transformador y el capacitor se procede al cálculo de los elementos de potencia. Para conseguir corrientes superiores se utiliza como solución un transistor de potencia, Q1, y una limitación de corriente para protegerlo, para ello se añade un transistor Q2 y una resistencia RSC, la cual tiene como objetivo limitar la corriente.

Proponiendo que la corriente máxima que circule por el regulador sea de 0.2A tenemos

AIII INOT 8.22.03

)2(25.08.2/7.0/ WAVIVR TBESC

)2.0(107.92)1)1)

WI

I

VV

I

RIVR

T

IN

QBEQBE

a

SCTQBE

d

Con los cálculos anteriores se puede asegurar que se suministren 3 A pero no más, es decir, el arreglo de Q2 con RSD protege tanto al transistor de potencia como al regulador. Resultando el diagrama mostrado en la Fig. 86.

70

Figura 86. Fuente regulada de 6V a 3A

Se realizó el diseño de la tablilla de circuito impreso en PCB Wizard, el cual generó la pistas mostradas en la Fig. 87.

Figura 87. Pistas para el PCB de la fuente de 6V a 3A (7cm x 7cm)

Al colocar los componentes electrónicos sobre la tablilla de circuito impreso la fuente resulta como se puede ver en la Fig. 88, y en la Fig. 89 se muestra la fuente tal y como se utilizó en el prototipo.

Figura 88. Fuente en tablilla de circuito impreso.

U1

L78M06/TO220

VIN1

VOUT2

MJ14001/TO

Q2

TIP32Rsc

0.25

Rd

10

TX1 D1

D1N4001

D2

D1N4001

D3

D1N4001

D4

D1N40010

C1

12500u

C2

3.3

C3

100u

V1120Vac

0Vdc

0

Rd1

2

71

Figura 89. Apariencia de la fuente terminada.

6.8 Software de diseño 6.8.1 Diagrama de flujo

De acuerdo al diagrama de bloques general (Sección 6.1.1), el software funcionará como lo indica el diagrama de flujo del Anexo E.

6.8.2 Elección del lenguaje de programación

En la siguiente tabla se muestran algunas de las sencillas que se les hicieron a cada uno de los lenguajes de programación incluidos. Tabla 6. Comparación de software's visuales.

Visual C++ Visual C# Visual Basic

Espacio en disco del compilador

508.6 MB 563 MB 433 MB

Espacio en disco del proyecto

12.9 MB 731 KB 980 KB

Espacio en disco de la publicación

- 465 KB 495 KB

Tiempo de apertura del proyecto

11s 4.2s 5.8s

Tiempo de depuración

3.4s 6s 9.1s

El lenguaje de programación seleccionado ha sido Visual C# ya que ofrece todas las ventajas del lenguaje Visual C++ como orientado a objetos además de que en éste se tiene la facilidad de utilizar vectores y matrices como argumentos de las funciones. También se descartó Visual Basic porque no es orientado a objetos si no que sólo los maneja, esto impediría que se pudieran manejar herencia entre clases y familias de clases.

72

Además de lo anterior Visual C# resultó más rápido en ejecutarse que el Visual Basic, aunque más lento que Visual C++, según lo reportado anteriormente, sin embargo, el tiempo de ejecución es aceptable y es muy fácil realizar la publicación del programa. 6.8.3 Lenguaje UML Las notaciones permiten formular ideas complejas en forma resumida y precisa. En los proyectos que involucran a muchos participantes, a menudo con diferentes conocimientos técnicos y culturales, la precisión y la claridad son críticas conforme se incrementa rápidamente el costo de la falta de comunicación. Para que una notación permita la comunicación precisa debe tener una semántica bien definida, debe ser muy adecuada para la representación de un aspecto dado de un sistema y debe ser bien comprendida por los participantes del proyecto. UML (lenguaje de modelado unificado) posee una semántica bien definida, proporciona un espectro de notaciones para la representación de diferentes aspectos de un sistema y ha sido aceptada como notación estándar en la industria [19].

6.8.4 Diagrama de clases

Los diagramas de clase se usan para describir un sistema. Las clases representan objetos participantes del sistema y describen sus atributos y operaciones. El propósito de los modelos de análisis es describir el alcance del sistema y describir sus fronteras, dichos modelos no se enfocan en la implementación. No están representados conceptos como los detalles de interfaz, la comunicación en red y el almacenamiento en bases de datos. Los diagramas de clase se refinan durante el diseño del sistema y el diseño de objetos para incluir clases que representen el dominio de la solución [20]. El desarrollador añade código heredado, optimizaciones, etc. En el Anexo F se muestra el diagrama de clases propuesto para el software de diseño, dicho diagrama fue sujeto a refinación, ya que durante la práctica se fueron determinando las soluciones más adecuada para el sistema, por lo que, después de los ajustes necesarios el diagrama de clases resultantes es el mostrado en el Anexo G, en donde se muestran las relaciones entre clases y sólo algunos de los atributos y métodos de cada una de ellas por cuestión de espacio en este documento. 6.8.5 Calibración pixel a cm En el software de diseño se generaron 2 lienzos de dibujo (PictureBox) de 300 x 700 pixeles, en los que se dibujarán los trazos base (delantero y trasero) de una blusa; dichos lienzos representan la mitad del área real de trazado, por lo que la equivalencia pixel-cm sería: cada 10 pixeles representan 1cm, es decir, 1pixel= 1mm real. 6.8.6 Pruebas de diseño de software con Visual C# 2008 Se realizaron pequeños ensayos sobre herramientas útiles para el desarrollo del software. Dichos ensayos tienen que ver con el diseño de una interfaz gráfica, inserción de controles, eventos, trabajo con pixeles, imágenes y, principalmente los eventos relacionados con el mouse. En la Fig. 90 se muestra la interfaz gráfica de uno de los ensayos en el cual, el usuario puede insertar la imagen de su preferencia, mover el mouse sobre ella y ver la posición del puntero en coordenadas (pixeles), dibujar un rectángulo y ampliar o disminuir la ventana de ejecución.

73

Figura 90. Interfaz de un “ensayo” en Visual C#

En estos ensayos también se vio la manera de agrupar los controles según su tipo y función, cómo acomodarlos y personalizarlos de manera que al maximizar la pantalla se acomoden automáticamente, cómo insertar un ícono para la ventana, etc.

Se incluyó un menú principal y asignaron teclas calientes para las funciones más comúnmente solicitadas por el usuario.

También se agregaron una barra de herramientas y una barra de estado. En la barra de herramientas se incluyen imágenes que simplifican al usuario el uso del programa de manera que puede identificar ciertas funciones con su ícono correspondiente.

Además se manejaron los menús contextuales incluyéndolos también en el software de prueba, al dar un click derecho sobre la imagen se puede seleccionar dibujar el borde que la rodea.

Visual C# permite realizar MDI‟s (multiple document interface), un MDI tiene una ventana madre también llamada contenedor y una o varias hijas que comparten la misma barra de herramientas y muestran varios documentos distintos. En el software de diseño posiblemente requiera de esta herramienta, la prueba se muestra en la Figura 91.

Figura 91. Prueba MDI.

74

6.8.7 Desarrollo del software de diseño en Visual C# 6.8.7.1 Generación de los patrones mediante Visual C#

Para que en el software de diseño se pueda realizar un trazo base con medidas personalizadas primero debe tener los patrones tanto delantero como trasero de cada talla, en este caso, los patrones están basados en el “Sistema México” mencionado anteriormente. Primero se caracterizaron las rectas pertenecientes al sistema para cada talla mediante interpolación lineal en MATLAB para lo cual se utilizó el código que se encuentra en el Anexo H. De acuerdo al código mencionado se obtuvieron las gráficas de las Fig. 92 y 93, en donde los asteriscos son los puntos dados para cada talla mediante medición manual y las líneas son la rectas interpoladas.

Figura 92. Delantero

0 5 10 15 20 25 30 350

10

20

30

40

50

60

70

cm

cm

75

Figura 93. Trasero

Las ecuaciones obtenidas para cada recta son las siguientes, en donde no se incluyen las rectas verticales que se encuentran a la izquierda: Delantero

P2 = -0.9532 25.4720 P3 = 0.0735 6.0996 P4 = 0.1796 22.7368 P5 = 0.6170 21.4300 P6 = 1.3567 18.8501 P7 = 6.4407 7.2729

Trasero

Pt2 = -0.9998 26.1197 Pt3 = 0.0719 6.3152 Pt4 = 0.2019 22.0015 Pt5 = 0.6465 20.9308 Pt6 = 1.3365 16.6476 Pt7 = 4.8611 5.6250

0 5 10 15 20 25 30 35

10

20

30

40

50

60

cm

cm

76

Una vez obtenidas las ecuaciones de las rectas se procede a realizar el código necesario para que el usuario pueda verlas dibujadas en el área de trabajo. A continuación se presenta una imagen de la pantalla principal del software de diseño programado (Fig. 94).

Figura 94. Pantalla principal del software de diseño, del lado izquierdo se encuentra el área de trabajo para el patrón delantero y del

derecho para el patrón trasero.

Cuando el usuario selecciona la opción de Crear Patrón o Modificar Patrón, aparece un cuadro de diálogo en el cual debe introducir el valor del contorno de busto del cliente al que se le elaborará la prenda. Dicho cuadro de diálogo valida que el usuario haya introducido un valor numérico (Fig. 95), utiliza como AcceptButton el botón aceptar y tiene deshabilitadas las propiedades MaximizeBox, MinimizeBox y AutoSize para que no pueda ser minimizada ni redimensionada por el usuario [21].

Figura 95. El cuadro de diálogo muestra un mensaje y deshabilita el botón Aceptar cuando el usuario intenta introducir un valor no

numérico.

Una vez introducido dicho valor, el usuario debe presionar Enter o el botón Aceptar para que el software dibuje el patrón correspondiente (Fig. 96) al contorno de busto introducido, dicho dibujo se realiza mediante la creación de objetos pertenecientes a la clase Base que se han declarado dentro del mismo espacio de nombres que la clase Principal [17]. La clase Base tiene como métodos que utilizan las funciones generadas en MATLAB para la interpolación de las rectas características del Sistema México.

77

El usuario podrá presionar y modificar el valor cuantas veces necesite antes de pasar a la siguiente fase del diseño. El dibujo se realiza mediante los gráficos vectoriales que maneja Visual C# de la clase Graphics. Se utilizan como lienzos de dibujo dos controles PicitureBox cuyo fondo es un mapa de bits que permite que los gráficos sean persistentes y se repinten cada vez que la ventana se minimice, se le sobrepongan otras ventanas, etc. También para realizar las líneas se utilizan dos GraphicsPath uno para cada lienzo [20].

Figura 96. El software realiza el patrón delantero (izquierda) y trasero (derecha) correspondiente al contorno de busto introducido.

6.8.7.2 Aproximación de las curvas Sastre y Francesa mediante MATLAB

Para poder realizar las modificaciones necesarias al patrón obtenido para generar el Trazo Base, se deben tener aproximaciones de las curvas utilizadas en dichos trazos tales como la curva sastre y la curva francesa. En la Fig. 14 mostrada previamente se encuentra la curva sastre original mientras que en la Fig. 97 se muestra su interpolación lineal.

Figura 97. Interpolación de la curva sastre

Como se puede observar en la Fig. 15 la curva francesa no se describiría como una función, sin embargo, para su utilización dentro del software se han seleccionado 4 segmentos importantes que serán interpolados y utilizados según el requerimiento del trazo. Las figuras 98-101 muestran cada una de dichas interpolaciones.

100 200 300 400 500 600

0

20

40

60

80

100

mm.

mm

78

Figura 98.Segmento inferior de la manga curva francesa

Figura 99. Segmento superior de la manga curva francesa

Figura 100. Segmento del cuello curva francesa

50 100 150 200 250

0

10

20

30

40

50

60

70

mm.

mm

10 20 30 40 50 60 70 80

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

mm.

mm

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0

2

4

6

8

10

12

14

mm.

mm

79

Figura 101. Segmento de la curva francesa para blusa sin manga.

La aproximación de la curva Sastre se encuentra como atributo de la clase Sastre la cual tiene una clase hija llamada Francesa. Ambas poseen los mismos métodos que sirven para girar, calcular ángulos de giro, intersecciones, longitudes de recta, etc., excepto el método Ecuación que, aunque las dos clases la poseen, en Francesa se vuelve a definir con las características de cada una de las aproximaciones de este tipo de curva. Para la interpolación de las curvas se utilizó un código en MATLAB muy similar al usado en la interpolación de las rectas características del Sistema México mostrado en el Anexo H.

6.8.7.3 Obtención del Trazo Base en Visual C# Para el dibujo del trazo base se diseñó una ventana que solicite todos los datos necesarios para llevarlo a cabo; a dicha ventana se le agregaron cajas de texto para ingresar la información, RadioButtons para seleccionar si la blusa será con manga o sin manga, con cuello o con escote y, si es este último, si el escote será redondo, cuadrado, tipo V y su medida de largo. La ventana se muestra en la Fig. 102.

Figura 102. Ventana de solicitud de datos necesarios.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0

5

10

15

20

25

30

35

mm.

mm

80

En la Fig. 103 el trazo base (delantero y trasero) de la blusa de una niña cuyas medidas se observan en dicha figura, donde también se puede observar que dicho trazo base corresponde a una blusa que llevará manga y escote redondo. Para poder construir dicho trazo base siguiendo las instrucciones de la sección 5.6.2, fue necesario dividirlo en varias partes de fabricación mediante métodos de la clase TrazoBase que se encargaran de la línea de la espalda, contorno de la cintura, la parte de la manga y la del cuello, además de las pinzas delanteras, la pinza trasera y todo el contorno con línea de corte.

Figura 103. Vista del programa en funcionamiento con contorno de busto 48cm.

El trazo base se obtuvo mediante objetos GraphicsPath, dichos objetos permiten el almacenamiento de coordenadas que pueden ser dibujadas en un objeto Graphic. Dichos GraphicsPath pueden estar formados por varios subdibujos o GraphicsPath, mediante la función AddPath, se adhiere un GraphicsPath a otro y se elige si debe o no haber continuidad entre uno y otro. Para la escuadra de la izquierda se utilizó el método AddLine, que sólo añade líneas al gráfico, mientras que las curvas fueron construidas mediante varias líneas pequeñas sucesivas de manera que se pueda distinguir una curva. Se podría pensar que el contorno en línea de corte es sencillo de representar, sin embargo, no es así, ya que se trabajó mediante secciones, cada una dependiendo del tipo de objeto insertado en el GraphicsPath, líneas largas o cortas, o sub dibujos, ya que el gráfico sólo almacena las coordenadas de inicio y final del objeto que lo conforma; por otra parte, se utilizan varios sub gráficos ya que Visual C# no posee un función que dibuje líneas discontinuas. En el software de diseño se han incluido las pinzas que van en el trazo delantero y el trasero, dichas pinzas se obtienen de acuerdo a las medidas de la persona y tienen una ubicación específica, para su obtención en el software de diseño se elaboraron funciones y cada pinza representa un camino de puntos. En la Fig. 103 se pueden notar también las pinzas generadas por el software.

81

Como se puede observar en los trazos ya se han adaptado tanto la curva sastre como todas las secciones de la curva francesa, dichas curvas fueron interpoladas y manipuladas de acuerdo a la necesidad del trazo, cada trazo base aquí mostrado tiene de 5 a 6 curvas incorporadas en el GraphicsPath. Cabe señalar que las medidas del ejemplo aquí mostrado no son de personas reales.

6.8.7.4 Envío de datos hacia el brazo trazador Se construyó una clase en VCS llamada Trazado, la cual genera una vista previa de trazado, con la pieza recorrida hacia la izquierda para facilitar el ahorro de recursos; sólo una vez mostrada la vista previa se puede enviar a imprimir sobre la tela el diseño de la blusa. En la vista previa de trazado se ha realizado un mirror de los PathPoints que se muestran en los lienzos de dibujo principales, se genera mediante una función que utiliza cada uno de los puntos que contiene cada PathPoint. La Fig. 104 y Fig. 105 muestran la vista preliminar delantera y trasera.

Figura 104. Vista preliminar de trazado delantera.

Figura 105.Vista preliminar de trazado trasera.

Una vez que el usuario vea en pantalla la vista preliminar de trazado, puede presionar el botón de imprimir sobre la tela el cual llama al método TrazaTela, el cual despliega un cuadro de diálogo en el que se puede seleccionar el área a imprimir, ya sea la delantera, la trasera o ambas.

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Para poder enviar vía puerto USB las coordenadas del GraphicsPath y además que el brazo trazador pueda dibujar de manera continua, es necesario dividir las líneas que contiene dicho GraphicsPath en varios puntos de manera que se ofrezcan coordenadas más cercanas entre sí. Ya que se tienen los arreglos de coordenadas más cercanas, mediante las ecuaciones obtenidas en el análisis por cinemática inversa, se calculan los ángulos α y a, se convierten al formato que manejan los servomotores (600-2400); después se forman grupos de 16 pares de datos ushort (int16) que son coordenadas y datos de inicio y fin de línea, ya que en la comunicación USB utilizada se pueden enviar hasta 64 bits al mismo tiempo. El código en VCS de la clase Trazado, en donde se encuentra el envío de datos por el puerto USB se encuentra en el ANEXO I.

6.8.7.5 Funciones adicionales Dibujo de trazos independientes . Dentro del menú Trazo se selecciona si se necesita hacer una blusa o un trazo independiente para habilitar o deshabilitar sus funciones correspondientes; al hacer click en Independiente se habilitan tanto el menú Figura como los botones Rectángulo y Parábola de la barra de herramientas en donde se pueden generar dichas figuras según datos introducidos por el usuario en un cuadro de diálogo y puede decidir si se colocará sólo en la parte delantera, la trasera o en ambas.

Funciones zoom Se diseñaron funciones para poder ver de manera global o con más detalle un trazo

Íconos de software y botones Mediante el programa AAALogo se diseñaron tanto el logotipo del programa como las imágenes representativas para los botones exclusivos del software, mientras que con el programa Axialis se convirtieron de formato .jpg a .ico o .png, según el caso. Ambos programas mencionados fueron versiones de prueba. En las Fig. 106 se muestra el diseño del ícono principal del programa.

Figura 106. Logotipo del Software EB-Cihua

El menú Archivo Se programaron las funciones que corresponden al menú Archivo como son: Nuevo, Guardar como, Guardar, Abrir y Salir:

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Los diseños generados en el software se almacenarán como ficheros binarios ya que aunque sí se puede generar un nuevo formato para el software no forma parte de los objetivos que persigue este prototipo, además, sólo se almacenarán los trazos base. Para más detalles sobre las funciones adicionales ver el Anexo J. 6.9 Ensamblado del prototipo Al ensamblar las piezas del brazo trazador diseñadas y cortadas se obtiene el brazo trazador mostrado en la Fig. 107.

Figura 107. Brazo trazador ensamblado con la punta trazadora y los motores.

6.10 Resultados 6.10.1 Primeras pruebas y correcciones

Durante las primeras pruebas del prototipo se detectaron y corrigieron los siguientes puntos: - Al enviar a trazar las figuras independientes los rectángulos los dibujaba chuecos, con las medidas requeridas, pero sin ángulos rectos lo cual se debía a un desajuste en el acomodo de los eslabones sobre el área de trabajo. En la Fig. 108, se muestran los rectángulos con mayor índice de error.

Figura 108. Primeros rectángulos dibujados.

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- Al enviar a trazar el trazo base de una blusa de talla 1, el tiempo transcurrido entre el envío y la finalización del trazado fue de 56 min. sólo en el trazo delantero, sin embargo, se realizaron varias pruebas de depuración en el software en la parte del envío de datos para eliminar la cantidad de puntos enviados sin dañar la forma del trazo hasta conseguir que el proceso dure 13min por cada trazo.

6.10.2 Prototipo resultante - Se obtuvo un brazo trazador con las dimensiones mostradas en el Anexo B, cuyo peso aproximado es de 1.6 Kg. - El tiempo de conversión de puntos de una blusa completa en el software de diseño es de entre 3 y 5 minutos, el tiempo de impresión es de entre 8 y 16 minutos (trasero y delantero), dependiendo del tamaño de la blusa, por lo el tiempo máximo total de trazado de la blusa sobre tela es de 22 minutos. El tiempo de trazado de la manera tradicional, como se mencionó en el Capítulo 3, es de 40 minutos aproximadamente, obteniendo con el sistema propuesto un ahorro de casi un 50% en tiempo. -La inversión total en el prototipo es de aproximadamente $4000.00, incluyendo motores, material de elaboración y material electrónico, en caso de que se deseara comercializarlo, el precio de venta aproximado sería de $20,000.00, en donde se incluye el trabajo intelectual y la utilidad. Comparando el precio anterior con los paquetes comerciales básicos (sección 1.1.2) de más de $250,000.00, se obtendría un ahorro de hasta un 92% aproximadamente, en el costo de producción de las micro y pequeñas empresas de elaboración de prendas de vestir.

6.10.3 Validación del prototipo al dibujar Para la validación del prototipo, se construyó un escenario en el que se capturó el movimiento tanto del prototipo como de una persona, ambos dibujando una blusa de igual tamaño(Fig. 109). Mediante visión artificial, se identifican los marcadores que fueron colocados en cada articulación de los dos brazos (hombro, codo y mano) y se obtienen los ángulos formados entre cada eslabón; el resultado es una secuencia de ángulos que varían con respecto a cada imagen analizada. Después se realiza una correlación para obtener el coeficiente que representa qué tan similares son la señal del brazo trazador con respecto a la señal del brazo humano.

Figura 109. Video del brazo trazador.

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En las Fig. 110 y111, se muestran las comparaciones de cada ángulo.

Figura 110. Ángulo del hombro, rojo- brazo trazador, azul-brazo humano

Coeficiente de correlación=0.8101

Figura 111. Ángulo del codo, rojo-brazo trazador, azul-brazo humano.

Coeficiente de correlación= 0.8349

Capítulo 7. CONCLUSIONES

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7. Conclusiones 7.1 Con respecto a los objetivos

De acuerdo con resultados obtenidos (Capítulo 6) y teniendo como referencia los objetivos específicos planteados en el Capítulo 2, se realizan las siguientes conclusiones.

La determinación de las partes físicas fue la correcta ya que no existieron modificaciones en éstas en cuanto a la funcionalidad.

Las funciones fueron delimitadas correctamente lo cual facilitó llevar a cabo las tareas de diseño y construcción tanto de las piezas mecánicas como de los circuitos y software‟s involucrados.

La disposición del área de trabajo propuesta en un principio como una mesa fija, no fue analizada a fondo al proponer las partes físicas, ya que resultó una mejor opción el que se decidiera que el brazo pudiera trasladarse y acomodarse en cualquier mesa de trabajo.

El análisis cinemático del brazo, permitió que el brazo se pudiera posicionar tanto en el software en donde sólo se conocían las posiciones finales de los eslabones, como en el programa de simulación de trazado, en el que sólo se conocían los valores de los ángulos para cada motor. Aunque el análisis original fue modificado ya que se implementaron algunos ángulos complementarios, en lugar de los calculados.

Gracias al análisis biomecánico del brazo humano, los cálculos realizados para la obtención del torque máximo al que deberían trabajar los servomotores fueron satisfactorios, ya que, en la práctica, los motores no trabajaron a su potencia límite, se evitó que se esforzaran demasiado y que se dañaran permanentemente.

Mediante el análisis con visión artificial del brazo humano en el proceso de dibujo se obtuvieron las restricciones tanto de posición como aceleración de cada eslabón, ya que el rango en ángulos en el que trabaja el brazo humano es menor al rango que utilizan los servomotores. Las velocidades obtenidas fueron modificadas para evitar limitar velocidad y funcionalidad general del prototipo, pues si los eslabones prototipo trabajaran a la misma velocidad que los eslabones del brazo humano, el prototipo sería muy lento al sumarle el tiempo de transmisión y recepción de datos. Por esta razón sólo se utilizan las diferencias de velocidades entre un punto y otro.

El modelo mecánico realizado ayudó a reconocer las partes básicas que involucran el martilleo de los pícidos como cantidad de eslabones, posiciones, etc. de manera que fue posible simular su movimiento en dos dimensiones.

En la construcción del modelo físico se tuvieron algunas complicaciones ya que no fue tan sencillo conseguir los materiales que las funcionalidades propuestas requerían, sin embargo, se logró obtener una punta trazadora resistente y funcional, ya que soportó los impactos del martilleo y cumplió su labor de impresión con impactos fuertes, ya que el tinte utilizado es difícil de manipular por su alta densidad.

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El diseño de las piezas en SolidWorks facilitó su construcción y permitió anticipar errores y defectos antes de llevar a cabo el corte de cada una de ellas; así como el observar si cada pieza se acoplaba correctamente.

También mediante el análisis de esfuerzos se determinaron deformaciones y desplazamientos de acuerdo con el material a utilizar.

Las deformaciones y desplazamientos obtenidos mediante el análisis de esfuerzos fueron mínimas con cargas excesivas, correspondientes a 10kg en cada eslabón, sin embargo, se pudo utilizar un material más rígido pera evitarlas

El protocolo de comunicación elegido facilitó el diseño e implementación de los circuitos, redujo espacios en la placa de circuito impreso y permitió que el prorotipo pudiera conectarse e instalarse en cualquier PC.

Durante las pruebas los circuitos tuvieron el funcionamiento esperado ya que se logró la comunicación del PIC con la PC y con los motores. Hubo algunos errores de comunicación provocados tanto por el software del PIC como por el software de diseño, pero fueron corregidos hasta lograr el envío correcto de los datos.

La fuente diseñada ofrece las características deseadas ya que alimenta los tres servomotores a máxima velocidad sin sufrir bajas en su salida de voltaje.

La sencillez de la lógica formulada para el software de diseño ofreció un esquema general de desarrollo que permitió que se programara con mayor facilidad.

Que las piezas diseñadas y ensambladas entre sí en SolidWorks tienen movilidad y permiten los movimientos requeridos para que el prototipo tenga la funcionalidad propuesta.

El material utilizado para la construcción del brazo posee las características mecánicas que permiten que las piezas no tengan deformaciones considerables para los esfuerzos calculados.

Dicho material tiene la elasticidad suficiente para amortiguar los golpes que se realizan al pintar, además de ser fácil de manejar y cortar.

El material seleccionado para la construcción del pico es resistente, ya que durante las pruebas no ha sufrido deformaciones a pesar de los golpes que da sobre el área de trabajo.

Se fabricaron las piezas satisfactoriamente, cumpliendo con las características y medidas propuestas en el diseño.

El diseño cumplió con las metas propuestas de la forma esperada, además de que se agregaron terminales extra para ser utilizadas en situaciones no previstas.

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El circuito fijado en su PCB además de permitir el control de los servomotores y la comunicación USB, es compacto y sencillo de conectar.

La fuente, una vez fijada en su caja definitiva, a pesar de ser de alta potencia, ocupa un espacio reducido y funciona correctamente.

La interfaz gráfica que proporciona el software es amigable y se apega al formato comúnmente usado de manera comercial, es sencillo de usar y obtiene el trazo base virtual de manera rápida.

El trazo base obtenido se apega a las formas, distancias y disposición de puntos de los trazos realizados a mano hasta en un 95%. Sin embargo, debido a situaciones geométricas de cómputo, hay medidas en las que las curvas generadas no se acoplan al resto del trazo.

El lenguaje seleccionado para la programación del software de diseño nos proporcionó muchas facilidades en cuanto a la cuestión gráfica, al envío de argumentos en los métodos declarados para cada clase y en el envío y recepción de información mediante el puerto USB.

Por el uso de eslabones de medidas antropométricas se tuvo el cuidado indispensable para la colocación de los motores, ya que un desfasamiento de un grado en el motor ocasiona errores grandes en las distancias del dibujo final.

El ensamble es relativamente sencillo, siempre y cuando se tengan las precauciones necesarias en cuanto a distancia, ángulos y disposición de cada una de las piezas.

El prototipo, como se planteó desde el principio, dibujó mejor las líneas curvas que las rectas debido al manejo de coordenadas polares.

La calidad de la impresión fue disminuida ya que, para poder obtener un tiempo de impresión corto, se redujo la cantidad de puntos, por lo que el trazo final puede resultar confuso para una persona que no conoce los trazos base de una blusa.

Al comparar y correlacionar los ángulos del brazo trazador con los del brazo humano, al dibujar una blusa del mismo tamaño, se observa que sus comportamientos son similares y tienen un coeficiente de correlación muy cercano a 1, por lo que, se puede concluir, que el brazo trazador emula en un 80% los movimientos del brazo humano.

7.2 Con respecto a la eficiencia del sistema El sistema resultó ser eficiente en cuanto al uso que se le puede dar industrialmente pues resolvería los problemas de trazado de patrones, como ya se ha mencionado antes, sin embargo, el prototipo aquí propuesto resulta ser muy lento para requerimientos de fabricación intensiva, ya que el tiempo de impresión de una blusa completa es apenas un 10% menor que el tiempo de elaboración manual, claro, con la ventaja de que la impresión mediante el prototipo propuesto es reutilizable, ya que sólo

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se presiona un botón para realizar otra blusa, mientras que manualmente se tiene que hacer el trabajo completo por cada prenda a elaborar. Con respecto a la velocidad de impresión se podría implementar otro protocolo de comunicación USB, como el protocolo de interrupciones, en el que se puedan enviar mucho más datos en la misma cantidad de tiempo. Además de que en el software de diseño también se podrían generar los puntos de impresión al mismo tiempo que la vista de trazado, ya que al enviar a trazar aún convierte el tipo de datos GraphicsPath en coordenadas de puntos más continuos, lo que ocasiona pérdida de tiempo. Algunas de las fortalezas del sistema es que el software de diseño se puede extender para realizar diseños más complejos de blusas y otras prendas; además se puede adaptar también para marcar las posiciones de algún adorno con chaquira o canutillo, también se puede utilizar para enviar a cortar la prenda junto con el brazo trazador, ya que éste está acondicionado para cambiar la punta trazadora por alguna otra pieza de corte. Las debilidades o limitaciones del sistema son que entre más grande sea la prenda, mayor debe ser el tamaño del brazo y existirían cuestiones mecánicas complicadas de resolver, sin embargo, se ha planteado la idea de agregarle al brazo un grado de libertad más en el que pueda desplazarse sobre un eje para poder cubrir más espacio.

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XII. REFERENCIAS [1] De la O, María Eugenia y Cirila Quintero, Globalización, trabajo y maquilas: las nuevas y viejas fronteras en México, Fundación Friederch Ebert: Centro de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropología Social, México, 2002, 462 pp. [2] Rueda Peiro, Isabel y Nadima Simón Domínguez, El dilema de la industria del vestido en México. Los casos de Aguascalientes y Yucatán, Miguel Ángel Porrúa, Colección Jesús Silva Herzog, México, 2006, 304 pp. [3] Portos Pérez, Irma, La industria textil en México y Brasil. Dos vías nacionales de desarrollo industrial, Universidad Nacional Autónoma de México, México, 2008, 215 pp. [4] Llusá, M. et. al., Manual y Atlas Fotográfico de Anatomía del Aparato Locomotor, Editorial Médica Panamericana, Madrid, 2004, 450 pp. [5] Chihiro Yokochi, M.D. et. al., Atlas Fotográfico de Anatomía del Cuerpo Humano, 3º Ed., Interamericana McGraw Hill, Tokyo, 1991, 139 pp. [6] Quiroz Gutiérrez, Fernando, Anatomía Humana, Tomo 1, Editorial Porrúa, México, 2004. [7] Miralles Marrero, Rodrigo C., Biomecánica clínica del aparato locomotor, Masson, Barcelona, 1998, 321 pp. [8] Viladot Voegeli, Antonio, Lecciones basicas de biomecanica del aparato locomotor, Springer, 2000 ,342 pp. [9] Clem W. Thompson, R. T. Floyd, Manual de kinesiología estructural, Editorial Paidotribo, 1998, 240 pp. [10] Álvarez del Villar, José, Anatomía comparada básica, Trillas, México, 1979, 581 pp. [11] Juhachi ODA, Jiro SAKAMOTO and Kenichi SAKANO, “Mechanical Evaluation of the Skeletal Structure and Tissue of the Woodpecker and Its Shock Absorbing System”, JSME International Journal Series A, Vol. 49, No. 3 (2006), pp.390-396. [12] Villeta Molineaux, Jesús, Desarrollo de proyectos usando CAD, INTEC, 2006, pp. 295. [13] J. Craig, John, Robótica, 3º Ed., Pearson, 2006, pp. 400. [14] Barrientos, Antonio, Fundamentos de Robótica, 2º Ed., Mc Graw Hill, 2007, pp. 314. [15] Jähne Bernd, Digital Image Processing, 5º Ed. revisada y extendida, Springer, Alemania, 2002, pp. 598. [16] Silva Bijit, Leopoldo, Seminario de Computadores I. Diseño con microcontroladores. MSP430: Manejo de motor servo, Universidad Técnica Federico Santa María, Depto. De Electrónica.

92

[17] Charte, Francisco, Manual de introducción a Microsoft Visual C# 2005 Express Edition, Microsoft, 2005, pp. 116. [18] Montilla Meoro, Fulgencio, et. al., Fuentes de alimentación, Universidad Politécnica de Valencia, 1997. [19] Bruegge, Bernd y Allen H.Dutoit, Ingeniería de Software Orientado a Objetos, Prentice Hall, México, 2002, 554 pp. [20] Ceballos Sierra, Francisco Javier, Enciclopedia de Microsoft Visual C#, 2º Ed., Ra-Ma, Madrid, 2007, pp. 1012. [21] Foxall, James, Sams Teach Yourself Visual C# 2008 in 24 Hours, Pearson Education, USA, 2008, pp.529. [22] Delavier, Frédéric, Guía de los movimientos de musculación. Descripción Anatómica, Editorial Paidotribo, 4º Ed., España, 2007, 133 pp.

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Anexos

Anexo A. Resultados del análisis de elemento finito de las piezas del brazo trazador - Propiedades del polietilenco reciclado

Nombre de propiedad Valor Unidades Tipo de valor

Módulo elástico 2.3536e+009 N/m^2 Constante

Coeficiente de Poisson 0.394 NA Constante

Densidad 950 kg/m^3 Constante

Límite de tracción 9.8067e+006 N/m^2 Constante

Límite de compresión 1.5691e+008 N/m^2 Constante

Límite elástico 6e+007 N/m^2 Constante

Conductividad térmica 0.2256 W/(m.K) Constante

Calor específico 1386 J/(kg.K) Constante

- Eslabón “húmero” superior

Propiedades de material Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

1 Sólido 1(Redondeo2) Plásticoreciclado 0.288285 kg 0.000303458 m^3

Se aplica fuerza normal 20 N utilizando distribución uniforme.

Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -0.00562048 20.0048 -0.0035069 20.0048

Fuerzas de cuerpo libre Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N 2.71155e-005 0.000159704 -1.65119e-005 0.000162829

Resultados del estudio

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Tensiones1 Tensión 190.006 N/m^2 Nodo: 11403

(384.997 mm,2.48613 mm, -0.00166439 mm)

4.04049e+006 N/m^2 Nodo: 11276

(3.97788 mm, 12.9925 mm, -26.2128 mm)

Desplazamientos1 Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 34

(3.67394e-015 mm, 8 mm, -30 mm)

4.01394 mm Nodo: 25

(384.976 mm, 0.98613 mm, -0.00173113 mm)

Deformaciones unitarias1

Deformación unitaria equivalente

1.36265e-007 Elemento: 349

(382.46 mm, 2.41727 mm, 0.36182 mm)

0.00109077 Elemento: 5842

(3.09293 mm, 11.4018 mm, -24.4447 mm)

Eslabón “húmero” inferior

Propiedades de material Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

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1 Sólido 1(Redondeo3) [SW]Plásticoreciclado 0.274073 kg 0.000288498 m^3

Se aplico una carga de 20 N.

Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -0.00141907 19.9913 -0.00426197 19.9913

Fuerzas de cuerpo libre Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N 3.33786e-005 -0.000228405 0 0.000230831

Resultados del estudio

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Tensiones1 Tensión 153.917 N/m^2 Nodo: 11503

(385 mm, 2.22392 mm, 0.000974543 mm)

3.89843e+006 N/m^2 Nodo: 6647

(3.34962 mm, -0.00501723 mm, 22.7877 mm)

Desplazamientos1 Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 1

(1.45398 mm, 0 mm, -24.9577 mm)

4.27614 mm Nodo: 29

(384.977 mm, 0.723923 mm, 0.00127008 mm)

Deformaciones unitarias1

Deformación unitaria equivalente

1.45481e-007 Elemento: 1211

(381.209 mm, 2.84837 mm, -0.0518959 mm)

0.00105718 Elemento: 2314

(4.13324 mm, 1.56658 mm, 24.8013 mm)

- Eslabón “Radio-Cúbito”

Propiedades de material Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

1 Sólido 1(Saliente-Extruir1)

Plásticoreciclado 0.255189 kg 268.62 cm^3

Se aplico una fuerza de 5.39N.

Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N 0.00132787 5.38843 2.38419e-007 5.38843

Fuerzas de cuerpo libre Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -5.99127e-006 0.000125164 -5.91656e-006 0.000125447

Resultados del estudio

Resultados predeterminados

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Tensiones1 Tensión 130.941 N/m^2

(390 mm, 6.5 mm,

1.4019e+006 N/m^2

(3.78926 mm, 13 mm,

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Nodo: 21 1.31122e-006 mm)

Nodo: 12546 -26.3697 mm)

Desplazamientos1 Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 52

(0.861813 mm, 13 mm, 24.9851 mm)

1.48793 mm Nodo: 5

(390.033 mm, 11.5125 mm, 0.00011312 mm)

Deformaciones unitarias1

Deformación unitaria equivalente

5.86011e-008 Elemento: 1089

(386.97 mm, 5.0176 mm, -1.17244 mm)

0.000410394 Elemento: 4873

(3.19404 mm, 11.3739 mm, -24.46 mm)

- Base

Propiedades de material Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

1 Sólido 1(Saliente-Extruir9)

Plásticoreciclado 0.459412 kg 0.000483592 m^3

Se aplicaron 20N distribucion uniforme.

Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -0.00526606 18.883 -0.00608224 18.883

Fuerzas de cuerpo libre Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -4.46444e-007 -8.47665e-006 1.12545e-006 8.56268e-006

Resultados del estudio

Resultados predeterminados

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Tensiones1 Tensión 5.43428 N/m^2 Nodo: 11547

(138.536 mm, 13.5355 mm, -6.15385 mm)

349271 N/m^2 Nodo: 10097

(37.0096 mm, 51.6644 mm, -57.498 mm)

Desplazamientos1 Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 11

(32.6795 mm, 15 mm, -15 mm)

0.025728 mm Nodo: 13733

(50 mm, 88.8914 mm, -5.36734 mm)

Deformaciones unitarias1

Deformación unitaria equivalente

2.64545e-009 Elemento: 3953

(137.356 mm, 11.7995 mm, -4.56737 mm)

0.000104068 Elemento: 2045

(64.6201 mm, 52.1844 mm, -59.9052 mm)

- Pico cónico Tamaño normal

Propiedades de material

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Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

1 Sólido 1(Revolución-Lámina1)

Acrílico (Impacto medio-alto)

0.00164595 kg 1.37162e-006 m^3

Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -5.09692e-008 -6.57681e-008 0.000606017 0.000606017

Fuerzas de cuerpo libre Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -7.36691e-011 8.20055e-011 -1.97473e-010 2.26159e-010

Resultados del estudio

Resultados predeterminados

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Tensiones1 Tensión 3.3386 N/m^2 Nodo: 3092

(-5.90493 mm, 4.22595 mm, -46.4217 mm)

103.144 N/m^2 Nodo: 14483

(-0.482963 mm, 0.12941 mm, -6.05194e-007 mm)

Desplazamientos1 Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 9

(-4.24478 mm, -7.35217 mm, -47.9163 mm)

6.05744e-007 mm Nodo: 777

(-0.25 mm, 0.433013 mm, -6.05683e-007 mm)

Deformaciones unitarias1

Deformación unitaria equivalente

6.89776e-010 Elemento: 4600

(-4.4177 mm, -6.25455 mm, -47.478 mm)

3.70794e-008 Elemento: 2964

(-0.688596 mm, 0.129715 mm, -0.0667591 mm)

- Pico curveado Propiedades de material Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

1 Sólido 1(Revolución-Lámina2)

Acrílico (Impacto medio-alto)

0.00266237 kg 2.21865e-006 m^3

Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N 2.95614e-010 -0.000423579 -4.78863e-010 0.000423579

Fuerzas de cuerpo libre Conjunto de selecciones

Unidades Suma X Suma Y Suma Z Resultante

Todo el sólido N -5.91172e-011 -4.06999e-010 3.84546e-011 4.13064e-010

Resultados del estudio

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Resultados predeterminados

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Tensiones1 Tensión 1.53073 N/m^2 Nodo: 4743

(-1.27612 mm, 49.0391 mm, -7.24121 mm)

138.855 N/m^2 Nodo: 15340

(-0.353553 mm, 3.21206e-007 mm, 0.353553 mm)

Desplazamientos1 Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 858

(-3.96496 mm, 50.3678 mm, -6.86751 mm)

3.23017e-007 mm Nodo: 1

(-0.433013 mm, 3.22405e-007 mm, 0.25 mm)

Deformaciones unitarias1

Deformación unitaria equivalente

5.69555e-010 Elemento: 5963

(5.988 mm, 49.3358 mm, -4.29665 mm)

3.88712e-008 Elemento: 4458

(0.840764 mm, -0.114429 mm, 0.124174 mm)

98

Anexo B. Medidas de las piezas del diseño en 3D.

Figura 112. Vistas de la base (cotas en milímetros).

Figura 113. Eslabón de radio y cúbito (cotas en milímetros).

99

Figura 114. Eslabones del húmero (cotas en milímetros).

Figura 115. Base de la punta trazadora (Cotas en centímetros).

100

Anexo C. Características del servomotor HSR-5498SG.

101

Anexo D. Código de programación del PIC

//DESCRIPTORES #IFNDEF __USB_DESCRIPTORS__ #DEFINE __USB_DESCRIPTORS__ #include <usb.h> #DEFINE USB_TOTAL_CONFIG_LEN 32 //config+interface+class+endpoint //configuration descriptor char const USB_CONFIG_DESC[] = //config_descriptor for config index 1 USB_DESC_CONFIG_LEN, //length of descriptor size USB_DESC_CONFIG_TYPE, //constant CONFIGURATION (0x02) USB_TOTAL_CONFIG_LEN,0, //size of all data returned for this config 1, //number of interfaces this device supports 0x01, //identifier for this configuration. (IF we had more than one configurations) 0x00, //index of string descriptor for this configuration 0xC0, //bit 6=1 if self powered, bit 5=1 if supports remote wakeup (we don't), bits 0-4 reserved and bit7=1 0x32, //maximum bus power required (maximum milliamperes/2) (0x32 = 100mA) //interface descriptor 0 alt 0 USB_DESC_INTERFACE_LEN, //length of descriptor USB_DESC_INTERFACE_TYPE, //constant INTERFACE (0x04) 0x00, //number defining this interface (IF we had more than one interface) 0x00, //alternate setting 2, //number of endpoints, not counting endpoint 0. 0xFF, //class code, FF = vendor defined 0xFF, //subclass code, FF = vendor 0xFF, //protocol code, FF = vendor 0x00, //index of string descriptor for interface //endpoint descriptor USB_DESC_ENDPOINT_LEN, //length of descriptor USB_DESC_ENDPOINT_TYPE, //constant ENDPOINT (0x05) 0x81, //endpoint number and direction (0x81 = EP1 IN) 0x02, //transfer type supported (0 is control, 1 is iso, 2 is bulk, 3 is interrupt) USB_EP1_TX_SIZE,0x00, //maximum packet size supported 0x01, //polling interval in ms. (for interrupt transfers ONLY) //endpoint descriptor USB_DESC_ENDPOINT_LEN, //length of descriptor USB_DESC_ENDPOINT_TYPE, //constant ENDPOINT (0x05)

102

0x01, //endpoint number and direction (0x01 = EP1 OUT) 0x02, //transfer type supported (0 is control, 1 is iso, 2 is bulk, 3 is interrupt) USB_EP1_RX_SIZE,0x00, //maximum packet size supported 0x01, //polling interval in ms. (for interrupt transfers ONLY) ; //****** BEGIN CONFIG DESCRIPTOR LOOKUP TABLES ******** //since we can't make pointers to constants in certain pic16s, this is an offset table to find // a specific descriptor in the above table. //NOTE: DO TO A LIMITATION OF THE CCS CODE, ALL HID INTERFACES MUST START AT 0 AND BE SEQUENTIAL // FOR EXAMPLE, IF YOU HAVE 2 HID INTERFACES THEY MUST BE INTERFACE 0 AND INTERFACE 1 #define USB_NUM_HID_INTERFACES 0 //the maximum number of interfaces seen on any config //for example, if config 1 has 1 interface and config 2 has 2 interfaces you must define this as 2 #define USB_MAX_NUM_INTERFACES 1 //define how many interfaces there are per config. [0] is the first config, etc. const char USB_NUM_INTERFACES[USB_NUM_CONFIGURATIONS]=1; #if (sizeof(USB_CONFIG_DESC) != USB_TOTAL_CONFIG_LEN) #error USB_TOTAL_CONFIG_LEN not defined correctly #endif //device descriptor char const USB_DEVICE_DESC[] = USB_DESC_DEVICE_LEN, //the length of this report 0x01, //constant DEVICE (0x01) 0x10,0x01, //usb version in bcd 0x00, //class code (if 0, interface defines class. FF is vendor defined) 0x00, //subclass code 0x00, //protocol code USB_MAX_EP0_PACKET_LENGTH, //max packet size for endpoint 0. (SLOW SPEED SPECIFIES 8) 0xD8,0x04, //vendor id (0x04D8 is Microchip) 0x11,0x00, //product id,;) 0x01,0x00, //device release number 0x01, //index of string description of manufacturer. therefore we point to string_1 array (see below) 0x02, //index of string descriptor of the product 0x00, //index of string descriptor of serial number

103

USB_NUM_CONFIGURATIONS //number of possible configurations ; //the offset of the starting location of each string. //offset[0] is the start of string 0, offset[1] is the start of string 1, etc. const char USB_STRING_DESC_OFFSET[]=0,4,12; #define USB_STRING_DESC_COUNT sizeof(USB_STRING_DESC_OFFSET) char const USB_STRING_DESC[]= //string 0 4, //length of string index USB_DESC_STRING_TYPE, //descriptor type 0x03 (STRING) 0x09,0x04, //Microsoft Defined for US-English //string 1 --> la compañia del producto ??? 8, //length of string index USB_DESC_STRING_TYPE, //descriptor type 0x03 (STRING) 'J',0, 'A',0, 'A',0, //string 2 --> nombre del dispositivo 34, //length of string index USB_DESC_STRING_TYPE, //descriptor type 0x03 (STRING) 'E',0, 'B',0, '-',0, 'T',0, 'E',0, 'X',0, ' ',0, 'T',0, 'R',0, 'A',0, 'Z',0, 'A',0, 'D',0, '0',0, 'R',0, '1',0 ; #ENDIF

104

//PROGRAMA include <18f2550.h> #fuses HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL5,CPUDIV1,VREGEN #use delay(clock=48000000) #use rs232(baud=19200, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7, STOP=2 , PARITY=N) #define USB_HID_DEVICE FALSE //deshabilitamos el uso de las directivas HID #define USB_EP1_TX_ENABLE USB_ENABLE_BULK //turn on EP1(EndPoint1) for IN bulk/interrupt transfers #define USB_EP1_RX_ENABLE USB_ENABLE_BULK //turn on EP1(EndPoint1) for OUT bulk/interrupt transfers #define USB_EP1_TX_SIZE 64 //size to allocate for the tx endpoint 1 buffer #define USB_EP1_RX_SIZE 64 //size to allocate for the rx endpoint 1 buffer #include <pic18_usb.h> //Microchip PIC18Fxx5x Hardware layer for CCS's PIC USB driver #include <usbcom.h> //Configuración del USB y los descriptores para este dispositivo #include <usb.c> //handles usb setup tokens and get descriptor reports #include <stdlib.h> #define LED_ON output_high #define LED_OFF output_low byte V[7]; void vector(byte comand, byte param1,byte param2) V[0]=0x80; V[1]=comand; V[2]=param1; V[3]=param2; V[4]=(256 - (0x80 + Comand + param1 + param2) % 256); V[5]=0; V[6]=0; void enviarserial(byte comando, byte paramm1,byte paramm2) char ca[7]; delay_ms(30); vector(comando,paramm1,paramm2); ca[0]=V[0];ca[1]=V[1];ca[2]=V[2];ca[3]=V[3];ca[4]=V[4];ca[5]=V[5];ca[6]=V[6]; printf("%c%c%c%c%c%c%c",ca[0],ca[1],ca[2],ca[3],ca[4],ca[5],ca[6]);

105

delay_ms(20); void conpos(mot,long pos1,long pos2) if((pos2>=600)&&(pos2<=2400)) long h,i,k; signed int32 v1,v2; v1=pos1;v2=pos2; h=abs(v2-v1); k=50; if(h>=50 && h<=500) enviarserial(0xE9,mot,50); delay_ms(30); enviarserial(mot,pos2/256,pos2%256);k=5; else if(h<50) enviarserial(0xE9,mot,100); delay_ms(20); enviarserial(mot,pos2/256,pos2%256);k=2; else if(h>500) enviarserial(0xE9,mot,10); delay_ms(20); enviarserial(mot,pos2/256,pos2%256);k=50; for(i=0;i<k;i++) enviarserial(mot,pos2/256,pos2%256); void punta(void) int i; for(i=1;i<=2;i++) delay_ms(30); enviarserial(0,1050/256,1050%256); delay_ms(60); enviarserial(0,690/256,690%256); delay_ms(30);

106

#define LED_ON output_high #define LED_OFF output_low void main(void) char car[7]; long m,n,i,fin,i2; long recibe[32],impr[320]; long envia[32]; usb_init(); //inicializamos el USB usb_task(); //habilita periférico usb e interrupciones usb_wait_for_enumeration(); //esperamos hasta que sea configurado por el host LED_ON(PIN_B7); do enviarserial(0xE9,2,15); delay_ms(60); enviarserial(2,1500/256,1500%256); delay_ms(400); enviarserial(0xE9,1,15); delay_ms(60); enviarserial(1,1500/256,1500%256); delay_ms(600); LED_ON(PIN_B7); if(usb_enumerated()) //si el Pic está enumerado envia[0]=111; usb_put_packet(1, envia, 64, USB_DTS_TOGGLE);//dispositivo conectado if (usb_kbhit(1)) //pregunta si se desea imprimir usb_get_packet(1, recibe, 64); if (recibe[0] == 25) //confirma que se desea imprimir fin=recibe[0]; i2=0; while(fin!=36) envia[0]=11; i2=0;n=0; m=1;

107

LED_ON(PIN_B7); for(m=1;m<=10;m++) //recibe 10 paquetes de 64 bytes LED_ON(PIN_B7); while(!usb_kbhit(1)) usb_put_packet(1, envia, 64, USB_DTS_TOGGLE); envia[0]=11; usb_get_packet(1, recibe, 64); envia[0]=0; usb_put_packet(1, envia, 64, USB_DTS_TOGGLE); for(n=0;n<32;n++) impr[i2]=recibe[n]; i2++; if (recibe[0] == 36) //checa siya se termino de recibir el grafico m=11; LED_OFF(PIN_B7); LED_ON(PIN_B7); delay_ms(200); i=0;i2=0;n=0;m=1; conpos(2,1500,impr[0]); conpos(1,1500,impr[1]); LED_OFF(PIN_B7); for(i=0;i<320;i=i+2) if ((impr[i] == 36)||(impr[i+1] == 36)) //checa si ya se termino de enviar al brazo el grafico fin=36;i=320;BREAK; if((impr[i]>=600)&&(impr[i]<=2400)) //envia la posición del brazo if(i!=0) conpos(2,impr[i-2],impr[i]); if((impr[i+1]>=600)&&(impr[i+1]<=2400)) //envía la posición del antebrazo

108

if(i!=0) conpos(1,impr[i+1-2],impr[i+1]); punta(); //envia el comando a la punta LED_OFF(PIN_B7); LED_OFF(PIN_B7); //fin de primer if while(TRUE);

109

Anexo E. Diagrama general de flujo del software de diseño.

INICIO

-Plantillas

- Modificar datos

- Guardar diseño

- Vista previa

- Área virtual de trabajo

- Trazar

- Atrás

- Adelante

Selección de

plantilla

No

Personalización de

prenda. Introduzca las

medidas:

Largoespalda

Contornobusto

Separacionbusto

Contornocintura

Contornocadera

Escote

Bastilla

Holgura

Aceptar

No

1

1

Se muestra en el área

virtual el diseño completo

¿Guardar?

No

Se guarda el

diseño

Transferencia

de datos al

prototipo

¿Salir?

No

FIN

110

Anexo F. Diagrama de clases propuesto para el software de diseño.

Archivo

+Nuevo()

+Abrir()

Documento

+Salvar()

+GuradarComo()

Guardar

+InsertarDoc()

Importar

+Configurar()

+VistaPrevia()

+Trazar()

Trazado

+Deshacer()

+Rehacer()

+Cortar()

+Copiar()

+Pegar()

+Girar()

Edicion

+AbrirDiseño()

+AjustarMedidas()

+Zoom()

+TipoLinea()

Fase

AsignarMedidas

+NuevaBlusa()

-ContornoBusto : float

-SepBusto : float

-LargoEspalda : float

-ContCintura : float

Blusa

ModificarPatron

+Pintar()

+Borrar()

+Dividir()

+Unir()

Dibujar

+DefinirAtributos()

+DefinirTipo()

NuevoPatron

+Comunicación()

+Envio()

+Recepcion()

+Finalizar()

+Configuracion()

-Diseño : string

Trazar

1..*

1 1

1..*

111

Anexo G. Diagrama de clases definitivo

+AbrirA()

+AcercarP() : float

+AlejarP() : float

+aNuevo()

+cPatron()

+pos : int

+dif : float

+cBusto : float

+Corte : float

+ruta : string

Principal

+textBox1_Validating()

+DialogoRec()

DialogoRec

+Coor() : float

+CoorT() : float

-fun : float

-ldx1 : float

-ldx1p : float

-ldx2 : float

-ldx3 : float

Base

+cCorte()

+ConCuello()

+ConManga()

+ContDoble()

+ConTotal()

-Nombre : string

-cBusto : float

-cCintura : float

-cCadera : float

-datos : Op2

TrazoBase

+Op1()

+CajaTextoVal()

Op1

+Cajas_Validating()

+rdEscote_Click()

+rdCuello_CheckedChanged()

Op2

+Ecuacion() : float

+rValor() : float

+Hip() : int

+Angulo() : float

+Rotar()

-Ecua : double

-xfinal : float

-x : double

Sastre

+Ecuacion() : float

Francesa

+ConvertiraAngulo() : int

+cxLinea() : float

+DibFun()

+DivideLinea() : float

+EnvioDatos() : int

-PIC : PicUSBAPI

Trazado

+OPImp()

+rBDel_CheckedChanged()

OPImp

+OpenPipes()

+ClosePipes()

+EnviaPackPIC()

+EnviaNPIC()

+ResultadoPIC() : uint

PicUSBAPI

112

Anexo H. Código en MATLAB para la interpolación lineal de las rectas características del Sistema México. clc, clear all, close all; hold on x2=[12.3 13.05 13.85 14.75 15.45 16.3 16.9 17.7 18.4 18.9 ]; %Posiciones en x y2=[13.8 13 12.25 11.4 10.7 10 9.4 8.55 7.9 7.5]; %Valor en y [P2,S2]=polyfit(x2,y2,1) %Función de interpolación t2=12:0.1:19; %Tiempo para las gráficas f2=polyval(P2,t2); %Evaluación de la función obtenida plot(x2,y2,'*', t2,f2,'-'); %Gráfica x3=[19.4 20.65 21.85 23.15 24.25 25.4]; y3=[7.55 7.6 7.7 7.8 7.85 8]; [P3,S3]=polyfit(x3,y3,1) t3=19:0.1:26; f3=polyval(P3,t3); plot(x3,y3,'*', t3,f3,'-'); x4=[12.6 14 15.5 16.75 18.05 19.35 20.6 21.9 23.2 24.4 25.65 26.8 28.05 29.15 30.3]; y4=[0 .25 .5 .75 1 1.25 1.4 1.75 1.85 2.1 2.3 2.5 2.8 3 3.2]+25; [P4,S4]=polyfit(x4,y4,1) t4=12.5:0.1:30.5; f4=polyval(P4,t4); plot(x4,y4,'*', t4,f4,'-'); x5=[10.55 11.3 12.1 12.9 13.55 14.4 15.1 16 17 17.8 18.6 19.3 20.25 21 21.65]; y5=[0 .45 .9 1.35 1.8 2.35 2.75 3.15 3.75 4.45 4.95 5.4 5.9 6.4 6.85]+28; [P5,S5]=polyfit(x5,y5,1) t5=10.5:0.1:22; f5=polyval(P5,t5); plot(x5,y5,'*', t5,f5,'-'); x6=[11.1 11.75 12.45 13.3 14.25 14.9 15.65 16.6 17.35 18.2 19.1 19.85 20.65 21.65]; y6=[0 .9 1.85 3.05 4.15 5.2 6.2 7.4 8.5 9.7 10.85 12 13 14.2]+33.9; [P6,S6]=polyfit(x6,y6,1) t6=11:0.1:22; f6=polyval(P6,t6); plot(x6,y6,'*', t6,f6,'-'); x7=[4.6 7.55]; y7=[0 19]+36.9; [P7,S7]=polyfit(x7,y7,1) t7=4.5:0.1:7.6; f7=polyval(P7,t7); plot(x7,y7,'*', t7,f7,'-'); x8=zeros(1,10); y8=4.4:.92:12.7; plot(x8,y8,'*'); x9=zeros(1,15); y9=32.2:1:46.2; plot(x9,y9,'*');

113

figure hold on xt2=[12.25 13.2 13.9 14.45 15.4 16.05 16.75 17.35 17.9 ]; yt2=[13.85 13 12.2 11.55 10.8 10.1 9.4 8.75 8.2]; [Pt2,St2]=polyfit(xt2,yt2,1) tt2=12:0.1:18.5; ft2=polyval(Pt2,tt2); plot(xt2,yt2,'*', tt2,ft2,'-'); xt3=[19.3 20.35 21.45 22.6 23.8 24.8]; yt3=[7.7 7.8 7.85 7.9 8.05 8.1]; [Pt3,St3]=polyfit(xt3,yt3,1) tt3=18:0.1:25; ft3=polyval(Pt3,tt3); plot(xt3,yt3,'*', tt3,ft3,'-'); xt4=[12.5 13.8 15.1 16.35 17.6 18.9 20.1 21.45 22.6 23.9 25.05 26.2 27.25 28.45 29.55]; yt4=[0 0.3 0.55 0.8 1.05 1.35 1.55 1.85 2.05 2.35 2.55 2.8 3 3.25 3.45]+24.5; [Pt4,St4]=polyfit(xt4,yt4,1) tt4=12.5:0.1:29.6; ft4=polyval(Pt4,tt4); plot(xt4,yt4,'*', tt4,ft4,'-'); xt5=[10.4 11.25 12.05 12.95 13.7 14.65 15.4 16.3 17.05 17.9 18.7 19.6 20.35 21]; yt5=[0 0.5 1 1.6 2.1 2.7 3.2 3.7 4.25 4.8 5.3 5.9 6.4 6.85]+27.7; [Pt5,St5]=polyfit(xt5,yt5,1) tt5=10:0.1:21; ft5=polyval(Pt5,tt5); plot(xt5,yt5,'*', tt5,ft5,'-'); xt6=[12.5 13.25 14.05 14.9 15.1 16.35 17.2 18.05 18.8 19.7 20.45 21.15 22.15 23.1 23.95]; yt6=[0 1.1 2.15 3.25 4.2 5.25 6.35 7.5 8.5 9.8 10.9 11.85 13 14.3 15.35]+33.2; [Pt6,St6]=polyfit(xt6,yt6,1) tt6=12.5:0.1:24; ft6=polyval(Pt6,tt6); plot(xt6,yt6,'*', tt6,ft6,'-'); xt7=[6.3 9.9]; yt7=[0 17.5]+36.25; [Pt7,St7]=polyfit(xt7,yt7,1) tt7=6:0.1:10; ft7=polyval(Pt7,tt7); plot(xt7,yt7,'*', tt7,ft7,'-'); xt8=zeros(1,10); yt8=6.6:.8:13.8; plot(xt8,yt8,'*'); xt9=zeros(1,15); yt9=35.6:1.2:52.4; plot(xt9,yt9,'*');

114

Anexo I. Código en VCS de la función EnvioDatos de la clase Trazado. public int EnvioDatos(ushort[] angA, ushort[] angBeta, ushort[] tipos) /*Esta función recibe dos vectores de datos que contienen los ángulos Alfa y Beta, los almacena en archivos txt y los envía al PIC vía USB en paquetes de 32 datos ushort que suman 64 bytes.*/ int cont = 2*angA.Length; int b = 0; int modulo, k = 0, contador = 0; int paquetes = Math.DivRem(cont, 32, out modulo); //Se obtiene el no. de paquetes ushort[] arreglo = new ushort[32]; ushort[] penvio=new ushort[32]; penvio[0]=10; const string a=@"C:\tmp\Alfa.txt"; //Almacena el vector alfa y el beta en un archivo .txt const string bet = @"C:\tmp\Beta.txt"; string[] alfa=new string[angA.Length]; string[] beta=new string[angA.Length]; for (int numero = 0; numero < angA.Length; numero++) alfa[numero] = Convert.ToString(angA[numero]); beta[numero] = Convert.ToString(angBeta[numero]); System.IO.StreamWriter sw = new System.IO.StreamWriter(a); System.IO.StreamWriter sww = new System.IO.StreamWriter(bet); for (int numero = 0; numero < angA.Length; numero++) sw.WriteLine(alfa[numero]); sww.WriteLine(beta[numero]); sw.Close(); sww.Close(); for (int l = 0; l < paquetes; l++) //Ciclo para enviar los paquetes de 32 datos cada uno penvio[0] = 10; for (k = 0; k < 32; k += 2) if (k < 32-1) arreglo[k+1] = angBeta[contador]; arreglo[k] = angA[contador]; contador++; penvio[0] = 10; while (penvio[0] != 11) //Espera a que el PIC esté listo penvio[0] = PIC.ResultadoPIC(); PIC.EnviaPackPIC(arreglo); //Envío por USB b = 1; paquetes = 1;

115

penvio[0] = 10; if (modulo != 0) //Envía en un paquete los datos restantes b = 0; k = 0; for (k = 0; (k < modulo) && (modulo < 32); k += 2) if (k < modulo) arreglo[k+1] = angBeta[contador]; arreglo[k] = angA[contador]; contador++; k += 2; contador++; if (modulo < 32) k += 2; for (k = modulo; k < 32; k += 2) arreglo[k] = 0; arreglo[k + 1] = 0; while (penvio[0] != 11) //Envío del módulo penvio[0] = PIC.ResultadoPIC(); PIC.EnviaPackPIC(arreglo); b = 1; penvio[0] = 10; while(penvio[0]!=11) penvio[0] = PIC.ResultadoPIC(); return b;

116

Anexo J. Funciones adicionales

Dibujo de trazos independientes Se incluyeron dentro de la barra de menús los menús: Archivo, Edición, Trazo, Figura, Patrón, Trazo Base y Zoom. Dentro del menú Trazo se selecciona si se necesita hacer una blusa o un trazo independiente para habilitar o deshabilitar sus funciones correspondientes; al hacer click en Independiente se habilitan tanto el menú Figura como los botones Rectángulo y Parábola de la barra de herramientas en donde se pueden generar dichas figuras según datos introducidos por el usuario en un cuadro de diálogo y puede decidir si se colocará sólo en la parte delantera, la trasera o en ambas. En la Fig. 93 se muestra el cuadro de diálogo que solicita los datos al usuario y en la Fig. 94 un ejemplo de un rectángulo y una elipse (dentro de un rectángulo, en la figura mostrada se formó un círculo).

Figura 116. Cuadro de diálogo para dibujar figuras.

Figura 117. Ejemplo de dibujo de figuras.

Funciones zoom Se diseñaron funciones para poder ver de manera global o con más detalle un trazo. En la Fig. 95 se muestra lo que sucede con un trazo base al presionar Acercar, En la Fig. 96 al presionar Alejar y, en la Fig. 97 en donde se restituye la escala normal del trazo base.

117

Figura 118. Función Acercar.

Figura 119. Función Alejar.

Figura 120. Función Escala Normal.

Íconos de software y botones Mediante el programa AAALogo se diseñaron tanto el logotipo del programa como las imágenes representativas para los botones exclusivos del software, mientras que con el programa Axialis se

118

convirtieron de formato .jpg a .ico o .png, según el caso. Ambos programas mencionados fueron versiones de prueba. En las Fig. 98, 99, 100, 101 y 102, se muestran estos diseños.

Figura 121. Logotipo del Software EB-Cihua

Figura 122. Imagen para el botón Crear Patrón.

Figura 123. Imagen para el botón Modificar Patrón.

119

Figura 124. Imagen para el botón Trazo Base.

Figura 125. Imagen para el botón Modificar Trazo Base

El menú Archivo Se programaron las funciones que corresponden al menú Archivo como son: Nuevo, Guardar como, Guardar, Abrir y Salir:

- Nuevo: Abre una nueva ventana con lienzos en blanco, independiente de la ya abierta. - Guardar como: Abre un cuadro de diálogo en el que se puede determinar tanto la ruta como

el nombre con el que se va a almacenar, lo almacena y coloca el nombre del archivo en la ventana y su ruta de almacenamiento en la barra de estado.

- Guardar: Primero determina si el archivo ya tiene una ruta y un nombre específico, en este caso, si no lo tiene llama a Guardar como, si ya ha sido almacenado sólo guarda los cambios.

- Abrir: Muestra un cuadro de diálogo que permite abrir el archivo seleccionado. - Salir: Cierra la ventana de trabajo.

Los diseños generados en el software se almacenarán como ficheros binarios ya que aunque sí se puede generar un nuevo formato para el software no forma parte de los objetivos que persigue este prototipo, además, sólo se almacenarán los trazos base. Las figuras No. 104, 105 y 106 muestran el empleo de algunas de las funciones descritas.

120

Figura 126. Ventana Guardar como.

Figura 127. Cuadro Abrir.

Figura 128. Documento abierto.