Proyecto: Brazo detector de objetos - Eye III

EYE III
Sistemas de Telecomunicación e Informática
Alumno: Ferres Melendres, Isaac
Tutor: Fran Perez
Curso 2012-2013

Curso 2012-13
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Ferres Melendres, Isaac
Tabla de contenido
1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................................3
1.1 Presentación...........................................................................................................................3
1.2 Motivación...............................................................................................................................3
1.3 Programas utilizados...........................................................................................................4
1.4 Objetivos..................................................................................................................................4
2. DESARROLLO DE EYE......................................................................................................5
2.1 Conceptos básicos.................................................................................................................5
Introducción a Autodesk 3Ds Studio Max 2012 ............................................................................... 5
Introducción a Arduino................................................................................................................................ 6
2.2 Materiales y Componentes.................................................................................................8
Componentes Materiales............................................................................................................................. 8
Componentes Electrónicos.......................................................................................................................11
2.3 Creación................................................................................................................................ 13
Creación del prototipo en 3D...................................................................................................................13
Creación de las piezas en Pepakura Designer .................................................................................14
Creación del EYE III físico .........................................................................................................................15
Creación del sistema electrónico...........................................................................................................21
Funciones del código...................................................................................................................................25
Problemas y soluciones..............................................................................................................................28
2.4 Prototipos anteriores ....................................................................................................... 29
EYE I.....................................................................................................................................................................29
EYE II...................................................................................................................................................................31
3. Resultados y Estadísticas ........................................................................................... 33
3.1 EYE III Finalizado ............................................................................................................... 33
3.2 Presupuesto......................................................................................................................... 37
3.3 Ampliaciones Futuras....................................................................................................... 38
4. Anexo ................................................................................................................................ 39
4.1 Código del programa......................................................................................................... 39
4.2 Conclusiones........................................................................................................................ 44
4.3 Webgrafía............................................................................................................................. 44

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1. INTRODUCCIÓN
1.1 Presentación
Proyecto realizado por Isaac Ferres Melendres, del centro de estudios STUCOM para el año
2013 en el segundo curso de Ciclo Formativo de Grado Superior en Sistemas de
Telecomunicaciones e Informáticas.
Este proyecto trata sobre la construcción del exoesqueleto de un brazo el cual está
diseñado para una persona con deficiencias visuales o nulas.
Este proyecto, el cual he decidido llamarlo EYE (ojo) dispondrá de movilidad para que
nuestro portador pueda caminar tranquilamente por la calle o utilizarlo como un añadido
ya que dispondrá de dos "ojos" laterales y uno frontal. Nuestro EYE avisará al portador
mediante vibradores y un pitido de obstáculos cercanos.
Para la construcción de este proyecto he utilizado los siguientes componentes:
• Un(1) zumbador o Speaker.
• Tres(3) vibradores.
• Tres(3) sensores de ultrasonidos, de la marca PARALLAX.
Para explicar el funcionamiento pondremos como ejemplo el "ojo" frontal:
El sensor de ultra sonidos frontal irá midiendo cada X tiempo distancias, así cuando
detecte un objeto frontal a menor distancia de una variable, que llamaremos Y, hará
accionar el vibrador y el zumbador; los cuales regularán su intensidad según se acerca o se
aleja el objeto, aumentando la intensidad si se acerca el objeto y disminuyendo en caso
contrario.
Este proyecto consta de las siguientes partes:
 Parte escrita – Memoria escrita del proyecto con todo el proceso detallado.
 Parte práctica – Exoesqueleto de un brazo adaptado para discapacitados visuales.
 Parte presencial – DVD con proyecto escrito y vídeo presencial.
1.2 Motivación
Las motivaciones que me ha empujado a realizar un proyecto han sido las siguientes:
 Diseño de exoesqueleto en 3D, pudiendo utilizar diferentes programas como
Autodesk 3Ds Studio 2012.
 Trabajo de diferentes materiales industriales como Foam, Fibra de Vidrio,
Masilla Automotriz, Fondo Universal, etc.
 Implementación de electrónica mediante con Arduino, pudiendo ver tipos de
placas, sensores de distancia, motores vibradores, speakers, etc.
 Poder crear un exoesqueleto ( EYE ) que sirva de ayuda para los deficientes
visuales en la vida diaria, destacando en exteriores, pudiendo avisarles de objetos
cercanos a ellos.

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1.3 Programas utilizados
Los programas utilizados para este proyecto han sido los siguientes:
 Autodesk 3Ds Studio Max 2012 – Creación de brazo exoesqueleto en 3D.
 Pepakura Designer – Creación de piezas del objeto 3D diseñado.
 Arduino Software – Diseño de código para el funcionamiento de Arduino.
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivos Mínimos:
 EYE debe medir las distancias de los objetos cercanos
(Placa Arduino y 3 sensores de distancia).
Debe medir las distancias utilizando un tipo de sensor de ultra sonidos, el cual detectará
todo tipo de objetos con una precisión exacta desde 1cm hasta los 2,5m.
1.4.2 Objetivos Máximos:
 EYE debe medir las distancias de los objetos, además, emitirá un sonido para
avisar del objeto y vibrará para diferenciar el lado en el que está.
(Placa Arduino, 3 sensores de distancia, 3 vibradores y 1 zumbador).
Deberá medir las distancias utilizando el tipo de sensor de ultra sonidos. Además emitirá un
sonido mediante un zumbador el cual variará su intensidad según la distancia. Por último
indicará en que lado está el objeto utilizando un vibrador en el lado que corresponde.
Se ha añadido un video de introducción explicativa, para facilitar la comprensión.
Ver vídeo de Introducción
(http://youtu.be/FWIN3XwVaP8)

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2. DESARROLLO DE EYE
2.1 Conceptos básicos
Introducción a Autodesk 3Ds Studio Max 2012
3Ds Studio Max es una aplicación basada en el entorno Windows que permite crear tanto
modelados como animaciones en tres dimensiones (3D) a partir de una serie de vistas o
visores (planta y alzados). La utilización de 3Ds Studio Max permite al usuario la fácil
visualización y representación de los modelos, así como su exportación y salvado en otros
formatos distintos del que utiliza el propio programa. Además se pueden instalar plugins
los cuales mejoran su eficacia, como Vray, realflow, etc.
Al abrir 3ds Max nos encontramos con la zona de trabajo.
Como podemos ver en la imagen, nos aparece en la parte superior una barra de menús y
una barra de botones con las funciones más usadas en nuestro entorno de trabajo.
En el margen izquierdo nos aparece una zona de opciones que usaremos para poder crear
formas, líneas, asignar modificadores, etc.

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La zona inferior se compone por una barra con un deslizador que se usa para deslizarse
por las animaciones que realicemos (En nuestro caso, de momento no vamos a tratar el
tema de animaciones) y más abajo también nos aparece otra barra con las coordenadas en
las que se sitúa el elemento que tenemos seleccionados en ese momento. Si no tenemos
ningún elemento seleccionado, permanecerán vacías, como es el caso de la imagen. A la
derecha tenemos una serie de botones para poder interactuar con los viewports.
Los viewports son las 4 zonas que tenemos en el centro de la pantalla. En ellas podremos
ver nuestro proyecto 3D en varias vistas. Cada vista a nuestro antojo. Por defecto, las
vistas, vienen como se muestra en la imagen de arriba.
Hasta aquí la breve introducción de 3ds Max 2012. Más adelante veremos como he creado
EYE en objeto 3D.
Introducción a Arduino
Arduino es una plataforma de electrónica abierta (open Hardware) para la creación de
prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Arduino puede tomar
información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y
puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores.
El microcontrolador en la placa Arduino se
programa mediante el lenguaje de
programación Arduino (basado en Wiring) y
el entorno de desarrollo Arduino (basado en
Processing). Los proyectos hechos con
Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de
conectar a un ordenador, si bien tienen la
posibilidad de hacerlo y comunicar con
diferentes tipos de software.
Motivos para usar Arduino
Arduino tiene diferentes ventajas por cuales la adquisición de este hardware es casi
definitiva. Algunas de esas ventajas son:
 Diferentes tipos de placas Arduino. Arduino cuenta con diferentes placas, las
cuales se adaptan a nuestro proyecto y presupuesto según los requerimientos que
queramos darle. Podemos encontrar una gran gama de productos, los cuales
alcanzan desde un Arduino Mini por unos 25€, hasta un Arduino Mega por unos
80€.
 Multiplataforma. El software que utiliza Arduino está creado para poder trabajar
en diferentes sistemas operativos, como Windows, Mac OSX y Linux.
 Código de programación Processing. Es un lenguaje de programación de código
abierto, para las personas que quieran crear imágenes, animaciones e
interacciones.
 Hardware ampliable. Arduino permite la inserción y control de diferentes
componentes aplicados a nuestra placa, como sensores de distancia, servomotores,
detectores de luz, speakers, etc.

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Partes de Arduino
Mirando a la placa desde la parte de arriba, este es el esquema de lo que puedes ver (los
componentes de la placa con los que puedes interactuar en su uso normal están
resaltados)
• Terminal de referencia analógica – AREF (naranja)
• Tierra digital (verde claro)
• Terminales digitales 2-13 (verde)
• Terminales digitales 0-1/ E/S serie - TX/RX (verde oscuro)
• Botón de reinicio - S1 (azul oscuro)
• Programador serie en circuito "In-circuit Serial Programmer" o "ICSP" (azul celeste)
• Terminales de entrada analógica 0-5 (azul claro)
• Terminales de alimentación y tierra (alimentación: naranja, tierras: naranja claro)
• Entrada de alimentación externa (9-12VDC) - X1 (Rojo Claro)
• Selector de alimentación externa o por USB (coloca un jumper en los dos pines mas
cercanos de la alimentación que quieras) - SV1 (púrpura).
• USB (utilizado para subir programas a la placa y para comunicaciones serie entre la
placa y el ordenador; puede utilizarse como alimentación de la placa) (amarillo)

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2.2 Materiales y Componentes
La finalidad de esta parte práctica es mostrar todos los componentes y materiales que se
han utilizado para nuestro EYE.
Componentes Materiales
Fibra de vidrio
En el prototipo EYE I y EYE II, se utilizó fibra de vidrio para
crear un exoesqueleto totalmente rígido, resistente y no
conductor, para que el portador pudiera llevar sin
preocupación el prototipo y tener miedo a romperlo.
Como veremos más adelante, esta idea se tuvo que
descartar por ofrecer un poco maniobrabilidad.
Resina de poliéster
La resina de poliéster es necesaria para que la fibra de vidrio se
endurezca, en caso contrario nos quedaría una tela sin ningún
tipo de rigidez.
La resina de poliéster es altamente tóxica, por lo que es
necesario usar una máscara de protección de nivel alto.
Se ha utilizado este componente en todos los EYEs, ya que
solamente la resina con su catalizador crea una capa cristalina
de mediana/alta resistencia.
Foam o Caucho
En nuestro EYE III se ha utilizado caucho de 10mm. Este
material a sido elegido por ser lo suficientemente resistente
para soportar el peso de los componentes, pero flexible
para no entorpecer la maniobrabilidad del portador.
Además, no es conductor, por lo que no hay ningún
problema de contacto eléctrico en caso de que algún cable
se rompiera.

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Pistola de silicona caliente
Se ha utilizado una pistola de silicona caliente para unir las
partes cortadas en Foam debido a su gran resistencia y fácil
manejabilidad. También ha sustituido por completo al
estaño en EYE, debido a que la silicona al ser un plástico es
totalmente no conductora y protege la integridad del
proyecto de posibles corto-circuitos.
Cola blanca para Madera
La cola blanca para madera se ha utilizado por varios
motivos, entre ellos, la cola para madera nos proporciona un
plus de rigidez, tapa todos los poros del Foam para poder
ser pintado y aísla a nuestro EYE de la suciedad externa y
del agua superficial creando una capa de sintético polímero
o plástico.
Las capas de cola blanca las aplicaremos una vez construido
el brazo.
Fondo Universal
El Fondo Universal de la marca Dupli-Color se ha utilizado
para acabar de tapar los poros que hayan podido quedar.
Además, al haber puesto la cola blanca previamente y ser
universal actúa muy bien sobre el plástico.
Esta parte es importante para que posteriormente
podamos pintar nuestro prototipo.

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Pintura color Dorado Brillante
El color Dorado Brillante es de la marca Dupli-Color y se ha
utilizado para pintar nuestro bíceps de EYE.
Se ha utilizado la misma marca para que los componentes tengan
una buena compatibilidad entre sí.
El color dorado nos dará un aspecto más atractivo.
Pintura color Rojo Rubí
El color Rojo Rubí también es de la marca Dupli-Color y se ha
utilizado para pintar nuestro antebrazo y tríceps de EYE.
Se ha utilizado la misma marca para que los componentes
tengan una buena compatibilidad entre sí.
El color rojo nos dará un aspecto más vivo.
Laca de barniz transparente
El último componente material que se ha añadido a sido la
laca de barniz transparente.
Este añadido nos proporcionará una protección para
nuestra pintura de la suciedad, corrosiones y evitará que
salte la pintura, proporcionando como añadido un tacto
más suave.
La laca es imprescindible para el sellado de todas las
pinturas de efectos metálico y protegerlas de la intemperie
y el impacto ambiental.
Resistente a la intemperie, acabado de alto brillo.

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Componentes Electrónicos
Arduino UNO
Arduino UNO es una placa microcontroladora basada en el
ATmega328.
A sido elegida por tener los puertos necesarios, tanto
digitales como analógicos, que necesita nuestro proyecto.
Además, Arduino goza de una amplia gama de productos
compatibles con su microcontrolador, lo que ha sido
decisivo a la hora de elegir la marca de la placa.
Sensores PING de Parallax
El sensor PING de Parallax es un sensor de distancia por
ultrasonidos capaz de detectar objetos a una distancia de
hasta 3 metros.
El sistema de ultrasonidos a sido elegido por el motivo de
que todos los objetos hacen rebotar el sonido de alta
frecuencia que se emite, así el portador tendrá constancia
de todos los obstáculos cercanos. Además de que la
frecuencia a la que se emite es inaudible para el oído
humano.
Vibrador en miniatura
En nuestro EYE III podremos encontrar 3 vibradores en minuatura.
Estos avisan a nuestro portador de el lado en el cual está situado el
obstáculo. Esto lo hace gracias a las medidas tomadas
anteriormente por nuestro sensor PING. Se ha pensado en los
vibradores para señalar el lado ya que son fáciles de implementar,
no ocupan lugar y además no molestan excesivamente a nuestro
portador.
Zumbador
La función del zumbador en nuestro proyecto de EYE es la de
avisar mediante el sonido a nuestro portador de que se acercará a
un objeto, pero por sonido no se puede especificar en que lado
está el obstáculo, por eso se utilizan los tres vibradores.

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Porta-Pilas de 9V
El porta-pilas es un componente que nos permite
alimentar nuestra placa Arduino UNO, y a todos los
componentes conectados a ella. Esto permite que
nuestro EYE III pueda tener una movilidad total, al no
necesitar estar conectado al ordenador para
alimentarse. El porta-pilas utilizado es para una pila de
9V.
Interruptor para placa
Para poder encender y apagar nuestro circuito se ha
añadido un interruptor, el cual corta la alimentación
cuando el usuario lo desea. El interruptor tiene dos pines,
los cuales conectaremos en serie con el circuito después
de nuestra fuente de alimentación.
Cable unifilar
Este cable unifilar es el utilizado en nuestro sistema
para conectar todos los componentes electrónicos los
cuales, como se ha señalado anteriormente, se pegarán
al circuito con silicona.

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2.3 Creación
En el apartado de creación se mostrará todos los pasos para la creación de EYE.
Se mostrará desde el diseño del exoesqueleto en 3D, hasta el montaje electrónico, pasando
previamente por todo el montaje físico.
Creación del prototipo en 3D
El exoesqueleto a sido diseñado enteramente desde cero. Para la creación del EYE III, se ha
utilizado la distribución de Autodesk 3ds Max 2012.
Se ha tenido en cuenta la movilidad del portador y todos los componentes electrónicos, así
como su distribución a la hora de hacer el diseño.
Diseñaremos nuestro EYE III mediante objetos estándar y modificadores.
Este paso es para tener nosotros una idea y crear un objeto que más tarde Pepakura
Designer se encargará de generar en partes.
En el diseño podemos distinguir una forma determinada, la cual no a sido elegida al azar.
En la parte de la muñeca tenemos un diseño estrecho, esto es debido a que los vibradores
irán situados a los lados de las muñecas, para tener un contacto con el usuario y así este
poder percibirlo.
La parte del antebrazo tiene un diseño más grande con la finalidad de almacenar todo el
sistema electrónico, incluyendo desde los dos sensores laterales por ultra sonido, la placa
de Arduino UNO y la batería de 9V.
Además, en el diseño se ha tenido en cuenta la anchura del brazo, así que la placa Arduino
UNO estará situada a 2cm por debajo del nivel de la muñeca, para que así no moleste al
portador de EYE III.
Para finalizar esta calculado de manera que todos los componentes encajen perfectamente
en el antebrazo permitiendo así que no haya movimiento posible de las piezas.

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Creación de las piezas en Pepakura Designer
Una vez que se ha creado nuestro diseño de EYE III con Autodesk 3Ds Max 2012, lo se hace
es exportarlo como un objeto y importarlo al programa Pepakura Designer.
Si hemos diseñado el exoesqueleto correctamente , asegurándonos de que todas las partes
estén conectadas, el programa automáticamente desmontará nuestro objeto de forma que
podamos imprimir las piezas y recortarlas y más tarde poder crear nuestro EYE III en
Foam.
Una vez que abrimos Pepakura Designer veremos una interfaz como esta.
Como se puede ver, tenemos varias partes. El programa diferencia la curvatura del objeto
y las separa en piezas.
Aun echo el objeto en 3D y importado a Pepakura Designer nos faltaría el tamaño del
brazo, el cual podemos variar desde el programa y poniendo las medidas en milímetros
que deseamos a las que se adapte. Esto lo haremos en el menú principal
“2DPatternWindow  Change the Scale of Development  Specify the Scale…”

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Creación del EYE III físico
En este apartado podremos visualizar todo el proceso de creación de nuestro EYE III en la
parte física.
En este apartado podremos encontrar los siguientes apartados: Piezas de Foam, Encolado,
Pintado y barnizado.
Piezas de Papel y Foam
Seguidamente se pueden ver unos vídeos explicativos sobre el proceso de cortar las partes
en papel y en foam para mejorar la comprensión.
El vídeo que podemos ver debajo está orientado para entender todas las observaciones a
tener en cuenta a la hora de recortar nuestras piezas de papel y introducción al Foam.
Algunas de las observaciones a tener en cuenta es que para seguir realizando el proyecto
necesitaremos las siguientes partes:
 Una placa rígida protectora, para no dañar la superficie en la que cortamos.
 El papel que utilizamos a de ser de un peso no menos de 160gr. Es recomendable
utilizar el papel de 190gr.
 Un cúter (con un borde cortante y otro no) y tijeras, para poder cortar las piezas.
Cortando piezas
(http://youtu.be/Ma8l8BU9Mqg)

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Después de haber cortado las piezas de papel y foam lo que haremos será proceder a
pegarlas con la silicona.
La silicona caliente a sido elegida por su gran resistencia y fácil aplicación, además de la
rapidez del secado (20seg.).
Algunos aspectos a tener en cuenta con este proceso son los siguientes:
 La silicona se calienta hasta 200gr. así que es importante tener precaución y no
tocar las partes que puedan quemarnos.
 Necesitaremos de una fuente de calor para poder dar forma a nuestras piezas de
foam, preferiblemente una pistola de calor.
 La base de la silicona es de sintético polímero, así que es totalmente no conductor,
lo que mejora nuestro sistema, protege la integridad del circuito y la seguridad del
portador.
En el siguiente video se pude observar un ejemplo de la creación de una pieza en Foam.
Una vez seguidos todos los pasos previos tendremos construido nuestro EYE en base de
foam, consiguiendo un brazo como el que se puede mostrar a continuación.
Pegando piezas de Foam
(http://youtu.be/AP5sr2xWr_w)

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Encolado
Cuando tenemos el exoesqueleto montado procederemos a dar capas de cola blanca.
Esta es una de las partes más importantes, ya que una correcta aplicación nos permite una
pieza rígida.
Recordemos que la cola blanca para madera, es la elegida para dejar la pieza de foam
rígida.
La forma de aplicación es la siguiente:
• Cogemos la cola blanca para madera, y la diluimos en agua al 50% cola 50% agua.
• Mezclamos muy bien, dejando casi una textura lechosa.
• Aplicamos a la pieza deseada entre 8 y 9 capas de la mezcla, dejando un tiempo de
secado prudencial, hasta que nosotros veamos que la pieza está bien seca.
Una vez echo esto, nuestra pieza ya será impermeable, y no tendrá ningún poro; de no ser
así solamente habrá que darle un poco más donde veamos que hay algún poro suelto.
Ahora, al ser impermeable, y tener una capa de polivinilo, podremos pintarlo sin temor a
que el foam chupe toda la pintura.
En el vídeo que hay más abajo podremos ver el proceso.
Hay que tener en cuenta que en un inicio la batería iba a ir en el bíceps así que se hizo un
video explicativo de la creación de este. Finalmente se ha podido reducir todo el sistema a
solamente el antebrazo.
Encolando
(http://youtu.be/cobQXePrzIw)

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Fondo Universal
Bien, ya tenemos nuestro EYE seco de cola blanca para madera, el siguiente paso será
añadir el fondo universal.
Nuestro Fondo Universal nos ayudara a optimizar el proceso de pintado.  Las ventajas
principales al utilizar el Sistema Universal de Fondos es la de obtener mejores resultados
al recubrir una superficie con el fondo adecuado, abatiendo con esto los costos de los
materiales utilizados.
Tenemos diferentes colores de fondos.
El que se ha utilizado es el color blanco, ya que da un color más vivo.
La forma de utilizar este sistema es:
Una vez seleccionado el color a aplicar (Acabado final), aplicar el fondo nos traerá como
beneficio principal, el de utilizar menos cantidad de pintura (acabado final) para llegar al
tono deseado, además de realizar los trabajos de repintado con mayor rapidez,
reflejándose así en un menor costo en el consumo de materiales y sobre todo mejores
resultados.
Daremos una capa y esperaremos unos 10min antes de dar más. En total he dado 2 capas,
la primera a fondo y la segunda para "tapar" donde no le había dado bien.
Fondo Universal
(http://youtu.be/xcjkXYWvi14)

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Proceso de Pintado
Después de haber dado nuestras capas de fondo, lo dejaremos secar 24h para que esté
todo bien seco y bien pegado a nuestro casco.
Volveremos a hacer el mismo procedimiento que con el Fondo Universal, pero esta vez con
las pinturas.
Los tipos de pintura utilizados son:
 Color dorado y con toques brillantes, se puede encontrar en la sección de pinturas
con efectos.
 Color Rojo Rubí, el cual no tiene ningún efecto.
El tiempo de secado de la pintura variará según la que hemos utilizado.
Para la pintura dorada con efectos tardará 4h. de secado en polvo y 24h de secado total,
mientras que la pintura roja rubí reducirá el tiempo de secado a 10min y 24h de secado
total.
Lacado
Después de haber dado nuestras capas de pintado, lo dejaremos secar 24h. para que esté
completamente seco.
La función del lacado o barniz es imprescindible para el sellado de todas las pinturas de
efectos metálico y protegerlas de la intemperie y el impacto ambiental.
Resistente a la intemperie, acabado de alto brillo.
Pintado Parte 1
(http://youtu.be/9EpcMjYj8rE)
Pintado Parte 2
(http://youtu.be/0rzl6-DKbV4)

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Las características técnicas que podemos encontrar al respecto son:
Ficha técnica
Rendimiento (I) 3,13
Tiempo de secado (h) 24
Color Incoloro
Tiempo en polvo (h) 4
Indicado para Interiores y exteriores
Disolución y limpieza Al disolvente
Contenido (i) 0.4
Tipo Barniz
Después de el lacado en spray ya tendremos la parte física de nuestro EYE III totalmente
acabada.

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Creación del sistema electrónico
En este apartado estudiaremos la parte electrónica de EYE III, en el cual veremos todos los
componentes y como están montados.
Midiendo distancias
Para medir las distancias de los objetos cercanos se ha utilizado el sensor de ultra
sonidos PING de Parallax.
Éste sensor PING de Parallax es ya un clásico y no puede faltar en ningún proyecto de
robótica. Funciona como un sonar mediante ultrasonidos y es capaz de detectar objetos a
una distancia de entre 2 centímetro a 3 metros. Dispone de un indicador LED y tan sólo
requiere de un pin para su funcionamiento. Se puede utilizar en una placa de prototipo o
directamente en la placa Arduino.
El sensor envía ultrasonidos por un lado y mide el tiempo de rebote del sonido. En su pin
de salida podremos medir el ancho de pulso PWM en función de la distancia del obstáculo.
Es muy sencillo hacerlo funcionar con un Arduino, PIC o cualquier otro microcontrolador.
Especificaciones:
• Rango: 2 cm a 3 metros
• Tensión de alimentación: 5V +/-10- (Min: 4.5V, Max: 6V)
• Consumo: 30 mA típico, (35 mA max)
• Interfaz: 3 pines (VCC, GND, Señal)
• Comunicación "pulse in / pulse out"
• LED indicador de medición en curso
• Pulso TTL, mínimo 2 µs (5 µs típico)
• Pulso echo: Pulso TTL positivo, 115 µs a 18.5 ms
• Burst Frequency: 40 kHz for 200 µs
Tamaño: 22 mm x 46 mm x 16 mm

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La forma de conexión que se ha utilizado en la placa Arduino es la siguiente:
 El cable de color ROJO nos conduce a la tensión (5V).
 El cable de color NEGRO nos conduce al toma tierra (GND).
 El cable de color VERDE nos envía los datos obtenidos a nuestro Arduino UNO.
Sistema de señalización del lado del obstáculo
Para señalar el lado en el que se encuentra el obstáculo se ha implementado tres
vibradores, uno para cada lado, y un zumbador.
El pequeño motor vibrador incorpora una carcasa metálica y conexiones reforzadas.
Éste motor de alta calidad permite emitir una alerta no visual al puro estilo de los móviles
actuales. Puede funcionar de 2 a 3,6 Voltios y ofrece una vibración bastante potente.
Con su extremadamente reducido tamaño de menos de 8
milímetros de diámetro, podemos situarlo en la muñeca en
contacto con el usuario. También incluye en su parte posterior
una pegatina de 3M que permite pegarlo en cualquier parte de
nuestro proyecto y mantenerlo firme en su sitio, aunque
nosotros utilizaremos la pistola de silicona caliente.
También cabe destacar que sus cables de alimentación viene
perfectamente sellados con silicona para evitar roturas.

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Especificaciones
Voltaje Recomendado (V) 3
Diámetro (mm) 10
Largada del cuerpo (mm) 3,4
Peso (gr.) 1,2
Rango de voltaje 2,5 a 3,8
Rapidez de vibración (rpm) 12000
Intensidad (mA) 75
Voltaje de inicio (V) 2,3
Intensidad de inicio (mA) 85
Resistencia de Terminal (Ohm) 75
Amplitud de vibración (G) 0,8
Sistema de aviso de objeto cercano
Un zumbador nos avisa acústicamente de cuando los objetos se acercan, sin diferenciar el
lado en el que están. Este pequeño zumbador permite emitir sonidos en el rango audible
de 2 KHz.
La elección de zumbador en vez de un pequeño speaker
ha sido debido a que un zumbador de es un tamaño muy
pequeño y se puede incorporar fácilmente en nuestro
EYE III.
Además, la programación de un zumbador es más sencilla,
así reduciría tiempo y costes de personal a la hora de
programarlo.
Típica curvatura de frecuencia de respuesta.

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Las distancias del zumbador y distribución del zumbador son la siguientes.
La forma de conexión que se ha utilizado en la placa Arduino del sistema de vibradores y
zumbador es la siguiente:
 El cable de color ROJO nos conduce a la tensión y señal (5V y Sign).
o Vibrador 1 - Derecho  PIN 11
o Vibrador 2 – Centro  PIN 10
o Vibrador 3 – Izquierdo  PIN 9
o Zumbador  PIN 6
 El cable de color NEGRO nos conduce al toma tierra (GND)

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Funciones del código
En este apartado estudiaremos la parte del código que hace funcionar EYE III, en el cual
veremos la explicación de cada función del código.
Podemos encontrar todas las funciones utilizadas en el código, en la web de Arduino
http://www.arduino.cc
Programa 1: Sensor de distancia
Esta función consiste en la lectura de distancias mediante el sensor de ultrasonidos PING
de Parallax. En esta función se tomará como ejemplo un sensor de ultrasonidos solamente.
El sensor estará conectado al pin 7, a los 5V y al toma tierra GND. El pin 7 de señal enviará
los datos de la distancia a nuestro PC y podremos verlo en nuestro Monitor Serial.
Como se puede ver en el código, lo primero es
declarar el pin del sensor definido en el pin 7.
Seguidamente mostramos en la pantalla lo que
está captando el sensor mediante la función “ void
setup() { Serial.begin(9600); } ” y más tarde con
el “serial.print(cm);” para mostrar cada valor.
Todo el código que pongamos dentro del “void
loop () { … }” se repetirá continuamente.
Declararemos las medidas que vamos a utilizar
con la función “long”, interesándonos sobre todo
la de “duration” y “cm”.
Pondremos el sensor en modo salida para que se
ponga a emitir y recibir el ultrasonido poniendo
“pinMode(PingPin, OUTPUT);”.
Cambiamos el sensor a modo de entrada para que
pueda leer los datos que entran, utilizando la
misma función que antes pero señalando que sea
de entrada. Además, guardará todos los datos en
las variables que definimos anteriormente como
“duration” y “cm”.
Por último calcularemos cual es la distancia que hay con la función de “long
microsecondsToCentimeters(long microseconds)”, dentro dividiremos los
microsegundos que ha tardado entre la velocidad del sonido, que se puede expresar en
340 m/s o 29microsegndos.

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Programa 2: Vibración
El segundo programa consiste en la compresión del funcionamiento de los motores
vibradores en miniatura.
Esta función consistirá en activar los motores vibradores cuando un sensor detecte que
hay un obstáculo a menos de 60 cm. Además, se intensificará la vibración conforme nos
acerquemos al obstáculo, amenos que la distancia sea menor a 10cm.
Así pues las distancias y sus justificadas vibraciones las podemos reflejar en los siguientes
puntos:
 Menos de 60cm  Se activa el modo vibración
 Entre 60 y 45 cm  Intensidad de vibración baja
 Entre 45 y 25 cm  Intensidad de vibración media
 Entre 25 y 10 cm  Intensidad de vibración alta
Los motivos para elegir estas distancias han sido para que el portador pueda darle tiempo
a detenerse o prepararse cuando vaya caminando avisándole con 60cm de diferencia,
intensificando conforme se acerca al objeto.
Y se ha elegido detener la vibración a menos de 10 cm. Para que el portador pueda realizar
tareas diarias de cercanía, como puede ser sujetar una puerta, coger un baso, abrir una
ventana… y que el vibrador no sea una molestia al estar en contacto y seguir vibrando.
Por ejemplo, puede resultar molesto para el portador de EYE III que esté bebiendo un baso
de agua y la mano le esté vibrando.
El sistema de intensificación de la vibración no es una opción que traiga el motor vibrador
en miniatura al ser demasiado pequeño, así que lo que se ha hecho a sido aprovechar los
conocimientos de telecomunicaciones. Sabemos que se inicia la vibración con una tensión
continua de 5V, lo que debemos hacer es cambiar esa señal continua a un tren de pulsos,
que variará sus ciclos por segundo según queramos (A mayor ciclos por segundo más
intensidad de vibración), esto lo conseguiremos abriendo y cerrando la fuente de 5V que
nos ofrece el pin al que hemos conectado el vibrador.

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El código con el cual podemos conseguir lo dicho anteriormente es el siguiente:
Primeramente declaramos un if para
avisar al Arduino de que si el sensor
detecta una distancia menor de X cm
entre en la función.
Una vez que ha entrado, según la
distancia que haya del objeto
accionará una intensidad más o
menos elevada según toque.
Esto lo haremos con la sentencia:
“for( int fadeValue = 0; fadeValue
<=64; fadeValue = +=5)
{
analogWrite(vibrador,
fadeValue);
}“
Programa 3: Zumbador
En este tercer y último programa consiste en activar el zumbador, el cual emitirá un
sonido, que también se intensificará según la distancia con el obstáculo.
Las distancias elegidas para el zumbador son las mismas que para la vibración:
 Menos de 60cm  Se activa el modo zumbador
 Entre 60 y 45 cm  Intensidad de zumbador baja
 Entre 45 y 25 cm  Intensidad de zumbador media
 Entre 25 y 10 cm  Intensidad de zumbador alta
Utilizaremos el mismo sistema que anteriormente.

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Problemas y soluciones
A lo largo de todo el proyecto han surgido algunos problemas, los cuales han
dificultado el avance. Se ha creado este apartado para que en caso de repetirse el
error poderlo solucionar de una manera rápida.
Detección de USB-Serial Arduino
Cuando conectamos la placa de Arduino UNO a nuestro PC, este no lo detecta de forma
automática, esto es debido a que no tiene los controladores necesarios.
Para instalar estos drivers hay que hacerlo de forma manual.
Primeramente iremos al Administrador de dispositivos, buscaremos la conexión
correspondiente y entraremos en sus Propiedades. Dentro iremos a Actualizar
controlador.
Una vez que ya están instalados, podremos abrir nuestro programa de Arduino y
especificaremos la placa que vamos a usar (Arduino UNO en nuestro caso) y el puerto por
el cual entrarán y saldrán lo datos.

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2.4 Prototipos anteriores
En el apartado de mostraremos los prototipos anteriores a EYE III. Y los motivos por los
cuales fueron descartados.
EYE I
Este primer prototipo fue creado con una base final de fibra de vidrio y masilla de
poliéster, creado un brazo altamente resistente. Previamente paso por un proceso de
modelado a base de yeso y enduido plástico.
Principalmente fue descartado por no tener el diseño previo de 3D, lo que más tarde
perjudicaría a la movilidad del portador y además la superposición del sistema
electrónico.
Así pues podemos distinguir las siguientes ventajas e inconvenientes de EYE I.
 Ventajas:
o Altamente resistente.
o No conductor.
o Larga duración.
 Inconvenientes:
o Poca movilidad.
o Costosos materiales.
o Largo proceso de creación.
Estás son algunas fotos del proceso:
Creando el modelo con yeso.

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Creando el modelo de fibra de vidrio
Enmasillado

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EYE I finalizado.
EYE II
Este segundo prototipo fue presentado como la solución a la poca movilidad de EYE I.
EYE II sufrió un proceso de creación previa en 3D, que más tarde podemos ver en EYE III.
Al igual que EYE I fue diseñado para que su etapa final fuera en fibra de vidrio y masilla de
poliéster.
El proceso de creación de EYE II adopto algunas mejoras para su creación, como que la
base no era de yeso, sino de papel de alto gramaje (180gr.) y a partir del modelo recortado
se añadió la fibra de vidrio y más tarde la masilla de poliéster.
Este Eye II no llegó a ver la luz en su etapa final porque fue descartado por motivos de alto
coste económico que ocasionaba. De tener un mayor soporte económico EYE II hubiera
sido mejor opción en la mayoría de aspectos que Eye III.

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Así pues podemos distinguir las siguientes ventajas e inconvenientes de EYE II.
 Ventajas:
o Altamente resistente.
o No conductor.
o Larga duración.
o Mejor movilidad
 Inconvenientes:
o Costosos materiales.
o Largo proceso de creación.
Estás son algunas fotos del proceso:
EYE II antebrazo.
EYE II codo.

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3. Resultados y Estadísticas
3.1 EYE III Finalizado
En este apartado podemos ver algunas fotos de nuestro EYE III ya finalizado y en pleno
funcionamiento.
En el DVD adjunto se han guardado todas las fotos y videos de esta y todas las versiones de
EYE.
EYE III – Vista Frontal

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EYE III – Vista Lateral Izquierda
EYE III – Vista Lateral Derecha

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EYE III – Vista del Sensor PING de Parallax Derecho
EYE III – Vista de vibradores

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EYE III – Vista de circuito interno con Arduino
Funcionamiento de EYE III
(http://youtu.be/jRxjTS0liT0)

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3.2 Presupuesto
En este apartado podemos ver el presupuesto económico que ha hecho posible la creación
de estos prototipos.
PRESUPUESTO EYE
Productos Precio Unidad Unidades Total
Placa Arduino UNO 35,95€ 1 35,95€
Pila de 9V 4€ 2 8€
Porta pilas de 9V 1,45€ 1 1,45€
Cable unifilar 9,60€ 2 19,20€
Sensores PING de Parallax 30€ 4 140€
Motores vibradores en miniatura 15€ 4 60€
Zumbador 3,25€ 1 3,25€
ProtoBoard 4,50€ 1 4,50€
Foam (metro) 32€ 2 64€
Fibra de vidrio (m) 9,50€ 2 19€
Resina de poliéster (para fibra de vidrio) 32€ 1 32€
Masilla de poliéster + Catalizador 43,40€ 1 43,40€
Lijas de diferentes gramajes 4,20€ 6 25,20€
Mascara protectora de Alta Toxicidad 38€ 1 38€
Guantes y ropa de protección 28€ 1 28€
Interruptor 3€ 1 3€
Pistola de silicona caliente 18,50€ 1 18,50€
Barras de silicona caliente (Pack de 20) 12€ 3 36€
Cola Blanca para madera 7,15€ 2 14,30€
Cola Blanca 8,20€ 1 8,20€
Pinceles varios (Pack de 4) 6€ 2 12€
Fondo Universal – DupliColor 9,40€ 3 28,20€
Rojo Rubí – DupliColor 11,15€ 4 44,60€
Dorado Metalizado – DupliColor 13,20€ 2 16,40€
TOTAL 703,15€
PRESUPUESTO MEMORIA
Impresión de trabajo 21,15€ 1 21,15€
Encuadernación de trabajo 18€ 1 18€
DVD 1,60€ 1 1,60€
Creación de programa para la presentación 20€ 1 20€
TOTAL 60,75€
PRESUPUESTO TOTAL
Presupuesto EYE 703,15€ 1 703,15€
Presupuesto Memoria 60,75€ 1 60,75€
TOTAL FINAL 763,90€

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3.3 Ampliaciones Futuras
En este apartado podemos ver las ampliaciones que se podrían haber echo con un poco
más de tiempo y con más presupuesto económicos.
Algunas de estas ampliaciones son.
 Ampliar a Arduino MEGA por ampliación de pines disponibles.
 Incorporación de localización GPS conectado a un sistema de seguridad en caso de
perdida.
 Transmisión de datos por bluetooth al PC para poder transmitir información y
actualizar la versión automáticamente.
 Reconocimiento de caracteres ópticos (OCR) mediante cámara, que permita la
lectura de libros y demás.
 Avisar de batería baja mediante Speaker.

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4. Anexo
4.1 Código del programa
En este apartado se muestra el código entero del programa que hace funcionar EYE III.
/*
PROYECTO FINAL DE
ISAAC FERRES MELENDRES
Codigo PIN para:
3 sensor
3 motores vibrador
El circuito:
* +V connection of the PING))) attached to +5V
* GND connection of the PING))) attached to ground
* SIG connection of the PING))) attached to digital pin 7
Estas constantes no cambian. */
// Vibradores conectados al PIN correspondiente y a GND
// Estos pines estan conectados a PWM ya que son analalogicos y nos permite modificar los pulsos de energia
// http://arduino.cc/es/Tutorial/PWM y http://arduino.cc/es/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM
//Vibradores
int vibrador = 11;
int vibrador2 = 10;
int vibrador3 = 9;
//Sensores de ultrasonido
const int pingPin = 7;
const int pingPin2 = 4;
const int pingPin3 = 2;
//Zumbador
int zumbador = 6;
void setup()
{
// Iniciamos la comunicación por serial:
Serial.begin(14400);
//Especificamos el zumbador como salida de datos
pinMode(zumbador, OUTPUT);
//Especificamos los vibradores como salida de datos
pinMode(vibrador,OUTPUT);
pinMode(vibrador2,OUTPUT);
pinMode(vibrador3,OUTPUT);
}
void loop()
{
/* Establevemos variables para la duración del ping
y mostramos el resultado de la distancia en centrimetros*/
//Distancia espacio/tiempo
long duration, duration2, duration3, cm, cm2, cm3;
/*Dentro del Loop vamos a activar los vibradores
en las distancias correspondientes */

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// ----------PING 1-------
// The PING))) envia un pulso alto (HIGH) con duracion de 2 microsegundos.
// Luego envia un pulso bajo (LOW) para hacer una limpieza del pulso alto (LOW)
pinMode(pingPin, OUTPUT);
digitalWrite(pingPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(pingPin, HIGH);
digitalWrite(pingPin, LOW);
//Especificamos los sensores como entrada de datos
pinMode(pingPin,INPUT);
duration = pulseIn(pingPin,HIGH);
cm = microsecondsToCentimeters(duration);
// ----------PING 2-------
pinMode(pingPin2, OUTPUT);
digitalWrite(pingPin2, LOW);
digitalWrite(pingPin2, HIGH);
pinMode(pingPin2,INPUT);
duration2 = pulseIn(pingPin2, HIGH);
cm2 = microsecondsToCentimeters2(duration2);
// ----------PING 3-------
pinMode(pingPin3, OUTPUT);
digitalWrite(pingPin3, HIGH);
pinMode(pingPin3,INPUT);
duration3 = pulseIn(pingPin3, HIGH);
cm3 = microsecondsToCentimeters3(duration3);
//----------------------------------------
// VIBRADOR 1 (DELANTERO)
//----------------------------------------
//Si Sensor 1 es menor a 50cm y mayor a 10cm activamos Vibrador 1.
//Si esta entre 10cm y 60cm
if((cm>=10)&&(cm<=60))
{
// Si esta entre 25cm y 60cm
if((cm>=25)&&(cm<=60))
{
if((cm>=45)&&(cm<=60))
{
for(int fadeValue = 0 ; fadeValue <= 64; fadeValue +=5)
{
analogWrite(vibrador, fadeValue);

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analogWrite(zumbador, fadeValue);
digitalWrite(zumbador, HIGH); // enciende el zumbador (on)
delay(40); // espera 0,4seg.
digitalWrite(zumbador, LOW); // apaga el zumbador (off)
delay(40); // espera 0,4seg
}
}
else
{ //Si NO esta entre 45cm y 60cm, esta entre 25cm y 45cm
{
}
}
}
else
{
//Si NO esta entre 25cm y 60cm, esta entre 10cm y 25cm
{
}
}
}
else
{
//Si NO esta entre 10cm y 60cm, esta a menos de 10cm o a mas de 60cm, APAGAMOS vibrador.
{
}
}
//----------------------------------------
// VIBRADOR 2 (DERECHO)
//----------------------------------------
if((cm2>=10)&&(cm2<=60))
{
if((cm2>=25)&&(cm2<=60))
{
if((cm2>=45)&&(cm2<=60))
{
{
analogWrite(vibrador2, fadeValue);
}
}

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else
{
}
}
}
else
{
{
}
}
}
else
{
{
}
}
//----------------------------------------
// VIBRADOR 3 (IZQIUERDO)
//----------------------------------------
if((cm3>=10)&&(cm3<=60))
{
if((cm3>=25)&&(cm3<=60))
{
if((cm3>=45)&&(cm3<=60))
{
{
}
}
else
{

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}
}
}
else
{
{
}
}
}
else
{
{
}
}
Serial.print(cm);
Serial.print("cm");
Serial.print(" ");
Serial.print(cm2);
Serial.print("cm2");
Serial.print(" ");
Serial.print(cm3);
Serial.print("cm3");
Serial.println();
} //Cerramos el LOOP
//Convertimos las medidas de microsegundos a centimetros
long microsecondsToCentimeters(long microseconds)
{
// The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter.
// The ping travels out and back, so to find the distance of the
// object we take half of the distance travelled.
return microseconds / 29 / 2;
}
long microsecondsToCentimeters2(long microseconds)
{
}
long microsecondsToCentimeters3(long microseconds)
{
}

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4.2 Conclusiones
Algunas de las conclusiones a las que podemos llegar después de la realización de
este proyecto son las siguientes:
Los programas de diseño en tres dimensiones, como Autodesk 3Ds Max 2012, no
solamente son herramientas que nos permiten crear estructuras para poderlas
disfrutar en nuestro ordenador, sino que además se pueden exportar a una
aplicación con la que podremos crear físicamente nuestros proyectos.
Para el sistema electrónico ha sido de mucha utilidad la placa Arduino, ya que
ofrece soporte en red y una amplia gama de componentes los cuales se pueden
adaptar a él gracias a su amplia extensión en el mercado.
Además, Arduino ha sido una gran elección a la hora de aprender a trabajar con
placas.
Los productos industriales utilizados nos han dado la oportunidad de aprender a
trabajar con ellos observando las diferentes reacciones y pudiendo elegir entre
diferentes componentes para crear piezas tanto rígidas como flexibles.
4.3 Webgrafía
Obtención de códigos e información
http://www.arduino.cc/
http://es.farnell.com/
http://www.taringa.net/
http://www.youtube.com/
http://es.wikipedia.org
http://www.parallax.com
Tiendas de componentes
http://www.antratek.com
http://es.farnell.com/
http://www.diotronic.com
http://www.bricogeek.com/shop/
http://www.parallax.com

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