Diseño e implementación de un sensor de fuerza, su electrónica de acondicionamiento y adquisición de datos

La realización de este Trabajo Fin de Grado se ha llevado a cabo en el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática junto con el grupo de investigación Robotics Lab. El presente proyecto consiste en el diseño, implementación y validación de un sensor de fuerza con captación de datos para realizar el control en fuerza de los SMA’s (Shape Memory Alloys), denominados hilos de Nitinol. Un hilo de Nitinol o SMA’s es un material formado por una aleación equiatómica de Níquel y Titanio. Cuya principal característica es que poseen memoria de forma, esto se debe a que al alcanzar cierta temperatura el hilo de Nitinol se contrae, y al enfriarse recupera su forma original. Al tratarse de una aleación metálica, una forma sencilla de conseguir elevar la temperatura del SMA es haciendo circular corriente por él, dicha corriente calienta el SMA y este varía su forma reduciendo su longitud y, una vez deja de circular corriente por él, recupera su forma inicial. De esta manera se puede sacar una relación entre la intensidad que circula por el SMA y la fuerza aplicada en el sensor, para así poder determinar la fuerza que ejerce el SMA en función de la intensidad que circula por él. Actualmente es muy difícil encontrar empresas que distribuyan sensores de fuerza con captación o adquisición de datos, y las que lo hacen, establecen elevados costes por sus productos. Por este motivo, el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid, propuso la realización de un sensor de fuerza con captación de datos basado en un puente de Wheatstone completo de 4 galgas extensiométricas, de forma que el transductor mida la fuerza a partir de la deformación del plano donde se ubican las galgas. La salida del puente debe acondicionarse para llevar a cabo la medida con un conversor A/D diferencial de 24 bits de tipología sigma-delta, la salida digital del conversor A/D será tratada mediante los filtros necesarios; filtros y sistema de adquisición de datos digital que serán implementados en Matlab/Simulink para posteriormente emplearlo de forma embebida en un microcontrolador de 32 bits. Para lograr este último paso, se ha hecho uso de una herramienta muy sofisticada, creada por el grupo de investigación Robotics Lab, la cual se encarga de la adquisición de datos, dicha función se realiza mediante un hardware de adquisición de señales analógicas diferenciales desarrollado en el citado grupo de investigación. Para la realización del firmware del controlador embebido se emplea una herramienta de programación visual fruto de la tesis doctoral de Antonio Flores Caballero.Ingeniería Electrónica Industrial y Automátic