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Materiales necesarios:
Arduino Uno
Tres driver de motor paso a paso ( A4988)
Tres motores paso a paso
Fuente de alimentación de 12V ( tipo jack )
Tres drivers paso a paso
Conjunto de piezas impresas en 3D
Base rigida para el montaje final
Tornilleria y tuercas
Mecanismo elevador de un lapiz
Montaje Motor paso a paso:
Para poder ejecutar correctamente este proyecto, es fundamental comprender el funcionamiento de un motor paso a paso, así como saber montarlo adecuadamente. Estos motores son los encargados de mover los ejes de la máquina con gran precisión, lo que resulta esencial para el correcto funcionamiento del plotter.
Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte impulsos eléctricos en movimientos angulares discretos, permitiendo controlar con exactitud la posición y el movimiento . Gracias a esta característica, se utilizan ampliamente en sistemas que requieren alta precisión, como impresoras 3D, máquinas CNC o robots .
Comprender cómo funcionan y cómo se controlan permite instalar correctamente los motores, conectarlos al Arduino y garantizar que el plotter dibuje con exactitud. Por ello, es muy recomendable revisar tutoriales o guías sobre su construcción y funcionamiento antes de comenzar el proyecto, como el siguiente ejemplo:
Construcción piezas 3D:
Construcción piezas 3D:
Una vez finalizado el diseño y la impresión de todas las piezas en 3D, se procedió al ensamblaje del plóter. Esta fase consistió en la unión estructural de los componentes impresos, asegurando la correcta alineación y fijación de cada elemento para garantizar la estabilidad y el funcionamiento preciso del sistema.
Este es un enlace directo a un vídeo que explica paso a paso como poder montar el plotter correctamente:
https://www.youtube.com/watch?v=dV4RUo9upgQ
Problema inicial: Sistema de sujeción del bolígrafo
El primer inconveniente detectado en el desarrollo del plotter fue el diseño del sistema de sujeción del bolígrafo. La estructura inicial presentaba una anchura insuficiente en el alojamiento, lo que impedía una correcta inserción y fijación del útil de escritura.
Para solucionar este problema, se rediseñó el soporte incrementando la anchura del alojamiento, permitiendo así la compatibilidad con distintos diámetros de bolígrafos. Además, se practicó un orificio transversal en la estructura y se incorporó un tornillo de ajuste, cuyo funcionamiento es análogo al mecanismo de sujeción de un compás. Este sistema permite regular la presión ejercida sobre el bolígrafo, garantizando una fijación firme y ajustable sin comprometer su estabilidad durante el funcionamiento del plotter.
Mejora estructural: Incorporación de base de soporte
Con el objetivo de aumentar la estabilidad global del sistema, se incorporó una base de madera como elemento de soporte. Esta base proporciona una superficie rígida y uniforme sobre la que se fijan los distintos componentes del plotter, reduciendo vibraciones y desplazamientos durante su funcionamiento.
La implementación de esta base mejora la precisión en los movimientos de los ejes y contribuye a un funcionamiento más estable y controlado del dispositivo, especialmente durante trazados prolongados o de mayor complejidad.
Funcionamiento del sistema de ejes (X e Y)
El funcionamiento del plotter se basa en un sistema de coordenadas cartesianas compuesto por dos ejes principales: eje X (horizontal) y eje Y (vertical). Cada uno de estos ejes está controlado por un motor paso a paso, el cual permite realizar desplazamientos precisos mediante pequeños incrementos de movimiento denominados “pasos”.
El eje X se encarga del desplazamiento lateral (izquierda–derecha), mientras que el eje Y controla el movimiento longitudinal (adelante–atrás). La combinación sincronizada de ambos ejes permite posicionar el bolígrafo en cualquier punto del plano de trabajo, siguiendo trayectorias definidas previamente por el software de control.
El microcontrolador (Arduino) recibe instrucciones en forma de coordenadas, que indican la posición exacta a la que debe desplazarse el cabezal de dibujo. A partir de estas órdenes, el sistema convierte las coordenadas en señales eléctricas que activan los motores paso a paso, generando el movimiento preciso en cada eje.
Además, el movimiento combinado de ambos ejes permite trazar líneas, curvas y formas complejas, ya que el desplazamiento no se limita a un solo eje, sino que puede ejecutarse de manera simultánea en X e Y. Este principio es el que permite al plotter reproducir dibujos digitales sobre una superficie física con alta precisión.
Problemas técnicos y soluciones adoptadas
Durante el desarrollo de nuestro plotter, uno de los principales problemas que encontramos estuvo relacionado con la alimentación eléctrica de los motores paso a paso. Estos motores necesitaban una tensión estable de 5V para funcionar correctamente. Sin embargo, en las primeras pruebas observamos que los motores se calentaban en exceso, lo que podía afectar tanto a su funcionamiento como a la durabilidad del sistema.
Para intentar solucionar este problema, utilizamos primero un regulador de tensión conectado al Arduino con el objetivo de estabilizar la alimentación, pero el sobrecalentamiento continuó produciéndose.
Finalmente, decidimos utilizar una fuente de alimentación ATX, las cuales se emplean en los ordenadores, ya que proporciona una alimentación más estable y adecuada para los motores paso a paso. Para poder encender la fuente ATX, fue necesario realizar una conexión manual entre el pin PS_ON (cable verde) y un pin COM o GND (cable negro). Este procedimiento permite activar la fuente de alimentación sin necesidad de conectarla a una placa base.
Además, tuvimos que realizar varias conexiones manuales entre la fuente de alimentación, el Arduino y los motores, conectando correctamente los cables de alimentación y tierra (GND). Gracias a estas conexiones, conseguimos distribuir la energía de forma adecuada, mejorar la estabilidad del sistema y reducir considerablemente el problema de temperatura en los motores.
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