PROTOTIPO TRAZADOR DE PATRONES PARA PRENDAS DE VESTIR

136 Pages·2010·5.78 MB·Spanish

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.
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.

i
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

ii
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

iii
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
iv
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
v
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

vi
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
vii
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
viii