Desarrollo de un transductor de torque de bajo costo, utilizando galgas extensiométricas y protocolos de comunicación del internet de las cosas
Fecha
2020
Autores
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
The objective of this project was to develop a low-cost torque transducer that had
the ability to send data in real time to multiple devices by applying Internet of Things
communication protocols.
To begging with the development, it was first necessary to collect bibliographic
information to be aware of similar developments, the second step to follow was to
define the operating parameters under which the prototype would be designed.
Once the design parameters were defined, the quantitative comparison of the
different low-cost microcontrollers was carried out to determine which is the most
appropriate, with this step concluded, the conceptual design was carried out using
the CAD tool of the different components of the transducer.
With the preliminary designs completed, we proceeded to carry out the solution of
the mathematical models that describe the behavior of the torque and at the same
time the finite element simulation of the transducer was performed. The results
obtained from the mathematical models and the simulation results were compared
to determine if the simulation describes the effects suffered by the material.
Once the stress analysis of the transducer was completed, the process of generating
the manufacturing drawings began, and at the same time the process of developing
the communication interfaces began using the Internet of Things communication
protocol.
It was concluded that the microcontroller that is most appropriated to the needs is
the RASPBERRY PI ZERO W, because it does not require an externals module for
establishing remote connections. Mathematical models and finite element
simulations showed that the 6061 T6 aluminum alloy is capable of withstanding the
proposed working conditions and it was possible to establish data communication
between the RASPBERRY and a computer using an interface in LABVIEW using the
TCP / IP communication protocol.
Descripción
El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un transductor de torque de bajo
costo con capacidad de realizar el envío de datos, en tiempo real, a múltiples
dispositivos, por medio de la aplicación de protocolos de comunicación del internet
de las cosas.
Para hacer posible este desarrollo, como primer paso fue necesario recopilar
información bibliográfica sobre desarrollos similares, el segundo paso consistió en
definir los parámetros de funcionamiento bajo los cuales se diseñaría el prototipo.
Definidos los parámetros de diseño, como tercer paso, se procedió a hacer una
comparación cuantitativa de los diferentes microcontroladores de bajo costo con el
fin de determinar cual es el más adecuado, para luego proceder a realizar el diseño
conceptual de los diferentes componentes del transductor, mediante la herramienta
CAD.
Con los diseños preliminares concluidos, se procedió a realizar la solución de los
modelos matemáticos que describen el comportamiento del torque y al mismo
tiempo, se hizo la simulación por elementos finitos del transductor. Los resultados
obtenidos de los modelos matemáticos y los resultados de la simulación, fueron
comparados para determinar si la simulación describe los efectos sufridos por el
material.
Completados los análisis de esfuerzos del transductor se procedió a generar los
planos de fabricación y, al mismo tiempo, se inició el desarrollo de las interfaces de
comunicación mediante el empleo de protocolo de comunicación del internet de las
cosas.
Finalmente, se concluyó que el microcontrolador que más se adapta a las
necesidades establecidas para el desarrollo del transductor es el RASPBERRY PI
ZERO W, porque no necesita módulos externos para el establecimiento de
conexiones remotas. Los modelos matemáticos y simulaciones por elementos
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finitos, demostraron que la aleación de aluminio 6061 T6 es capaz de soportar las
condiciones de trabajo planteadas. Además, fue posible establecer comunicación
de datos entre el RASPBERRY y un computador, empleando una interfaz en
LABVIEW mediante el protocolo de comunicación TCP/IP.
Palabras clave
TCP IP, Internet de las cosas, Medición del torque, Galgas extensiométricas, Bajo costo