Primero es necesario aclarar que todos los componentes, exceptuando algunos microcontroladores, se cotizaron en la página de La electrónica GT por lo que los nombres en el análisis son los utilizados en la página. También que el método de análisis utilizado fueron principalmente: eliminación por limitaciones o Trade Studies. Estos últimos son subjetivos por lo que esto puede no aplicar en todos los casos. Y por último, mencionar que aquí se presentarán principalmente los resultados, por lo que para más detalles, se puede ver los archivos Power Budget y Trade Studies. Estos incluyen detalles de criterios de selección en Trade Studies, propuestas para cada componente y explicaciones más a profundidad de la selección de algunos componentes.

Componentes

Microcontrolador:

El primer componente seleccionado fue el microcontrolador. Los propuestos fueron:

• Arduino UNO
• PIC 16F887
• Tiva C
• Raspberry Pi 3b+

Los criterios de selección fueron: disponibilidad, facilidad de programación, familiaridad, consumo de potencia, costo/unidad, peso y si este dispone de módulo SPI. (En el archivo se encuentra detalle de los rangos de cada criterio). El promedio ponderado resultó en la selección del PIC16F887.

Driver:

Luego se decidió que se utilizaría el driver PCA9685 ya que se ven limitadas las opciones de control de los 12 servomotores simultáneamente, aunque no imposible, se complica más de lo que debería.

Alimentación:

Luego se decidió por utilizar un convertidor AC de tomacorriente a 5V DC para alimentar directamente la placa. Esto básicamente ya que el resto de opciones se veían muy limitadas tomando en cuenta el posible gran consumo de los servos, por lo que algunas opciones no podían suplementar la corriente necesaria de manera segura.

(Opción inalámbrica)

A pesar de esto, se realizaron selección de componentes en caso que se desee hacer una versión inalámbrica. En caso, muy probable, que no se utilice una batería de 5V, se necesita un regulador que reduzca o amplifique este voltaje. También, ya que las baterías pueden variar su voltaje según su uso y los picos de consumo este es esencial. Los criterios de selección resultaron en la elección de un regulador LM2596T. Y la batería más práctica para la aplicación fue la batería GP alcalina 23A 12V.

Comunicación:

Se evaluó entre comunicación serial, BlueTooth y WiFi. Entre estas, terminó ganando la comunicación serial, por su simplicidad, familiaridad y precio. Aunque cabe mencionar que se puede implementar el BlueTooth de una manera muy similar únicamente creando una aplicación extra ya que el módulo se comunica de manera serial y la recepción de datos es muy similar.

Servomotores:

Para estos no se realizó el proceso de ver si el torque por los pesos superaba el torque máximo de los servos, sino el inverso: se calculó cuanto peso soportan los servos sobre el robot. Se explica más en el documento, pero en resumen, se midió la distancia del servo más alejado al centro del robot y a partir del momento máximo del motor, se calculó el peso máximo que se puede tener en el robot. Luego, se aproximó el peso de los componentes y la estructura del robot con factores de seguridad por la incertidumbre de los datos. Y se restaron estas cantidades para ver el margen de peso de los componentes extra (sensores, actuadores y baterías) en caso de necesitarlo para alguna aplicación. 

Power Budget

Para el power budget se investigaron las corrientes máximas de los componentes principales y se utilizaron estas. Se sumaron y dividieron entre la eficiencia del circuito aproximada para encontrar la corriente de entrada necesaria (3.38A) y multiplicó por el voltaje para encontrar la potencia (16.87W). Se aclara que esta no se utilizará en todo momento, sino probablemente entre un tercio y la mitad de la misma.

Observaciones para caso inalámbrico

De querer utilizar el modelo para una aplicación inalámbrica, se ha mencionado que se debe tomar en cuenta ciertas cosas como:

• La corriente (y potencia) consumida por los sensores y/o actuadores extra deben agregarse al power budget.
• Se puede hacer mediciones con los componentes físicos para mayor precisión (que esto puede reducir el los resultados).
• Con los resultados del power budget modificado, se debe hacer el cálculo de cuantas baterías en paralelo se necesitan para suministrar esta corriente (A), potencia (w) y consumo (Wh) energético por el tiempo deseado.
• Teniendo la cantidad de baterías, se calcula el peso total del paquete y se selecciona el motor que lo soporte (ver hoja de servos en Trade Studies).
• Y de ser necesario, realizar cálculos iterativos ya que de cambiar el servomotor, este puede tener una mayor corriente máxima y/o peso.