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COMPLUBOT – C.P. Miguel Hernández – Alcalá de Henares – Madrid – [email protected]
Iván Gallego Nov. 2007
INTRODUCCIÓN A LA MICROROBOTICA- ESTRUCTURAS PARA ROBOTS -
INTRODUCCIÓN
La estructura de un robot móvil tiene que ser :
• Ligera.
• Resistente.
• Tiene que cumplir las necesidades del robot (movilidad, velocidad...)
EQUILIBRIO EN UN ROBOT MÓVIL
Bien Mal
Colocaremos los elementos más pesados de nuestro robot de forma que favorezcan el equilibrio y la estabilidad del mismo.
EQUILIBRIO EN UN ROBOT MÓVIL
El Centro de Gravedad (o Centro de Masas) de un objeto es el punto en el cual se asume está localizada todo el peso. El Polígono de Soporte es la “base” del robot, y es en este caso el polígono formado por los ejes de las ruedas.
Rectángulo
LíneaTriangulo
Nuestro objetivo será colocar el centro de masas de nuestro robot dentro del polígono de soporte y lo más cerca posible del suelo.
ESTRUCTURAS CON LEGO
• Son muy rápidas y fáciles de montar.
• Desde nuestra infancia todos (o muchos) estamos familiarizados con este tipo de piezas y formas de construcción.
• Hay una gran variedad de piezas: largueros, engranajes, uniones...(más de 7.000 tipos).
• Si no ponemos cuidado nuestra estructura se puede desmotar con la misma facilidad con la que lo hemos montado.
GEOMETRIA DE LEGO
Para hacer una estructura resistente no basta con apilar piezas, es necesario poner refuerzos cruzados.
El problema es que la separación entre los agujeros no es la misma en horizontal que vertical, por eso hay que poner varias placas entre medias para que coincidan.
ESTRUCTURAS CON OTROS MATERIALES
Podemos elegir cualquier material que esté a nuestro alcance para realizar la estructura de nuestro robot: madera, metal, plástico...
Debemos prestar especial atención a los siguientes aspectos:
• Disponibilidad
• Resistencia
• Facilidad de mecanizado
• Peso (densidad)
ESTRUCTURAS CON ALUMÍNIO
Podemos encontrar aluminio en forma de perfiles, tubos o planchas de poco espesor.
Por desgracia el aluminio que podemos encontrar con facilidad es de baja calidad y se no se mecaniza muy bien (pastoso).
Las aleaciones resistentes de aluminio son caras y difíciles de encontrar.
La mejor forma de sujeción es mediante remaches o tornillos pasantes con tuerca (auto-frenable si es posible).
Roscar en aluminio no da buen resultado.
ESTRUCTURAS CON MADERA
El contra-chapado es un manufacturado de madera más resistente que la madera maciza.
Existen contrachapados estructurales de pequeño espesor (5 mm o menos) de 3 y 5 capas (tiendas de modelismo).
El contrachapado es muy fácil de mecanizar.
Se puede combinar con aluminio y acero para hacer estructuras muy resistentes.
MATERIALES COMPUESTOS (I)
Aunque hay muchos tipos los más comunes son los llamados plásticos reforzados con fibras.
Nosotros, gracias a la colaboración del departamento de Materiales Compuestos del INTA, hemos trabajado con Fibra de Carbono con Epoxy.
Las láminas de tejido de carbono estan pre-impregnadas en resina epoxy.
Es el mismo material que el que se ha empleado en el AirBus 380.
FABRICACIÓN DE PLACAS PLANAS (II)
Las láminas de tejido se cortan con la ayuda de una plantilla para conseguir la forma deseada.
A continuación se apilan (laminan) hasta obtener el espesor deseado (8 capas para 1,6 mm).
FABRICACIÓN PIEZAS MOLDEADAS (III)
Para la fabricación de piezas conformadas, es necesario disponer de un molde con la forma apropiada, que aguante el proceso en el autoclave.
Sobre el molde, impregnado de desmoldeante (teflón), se apilan las distintas capas de tejido de carbono.
MATERIALES COMPUESTOS (IV)
• El proceso final se realiza en un autoclave durante unas 3 horas a 180 grados de temperatura y 6 Kg/cm2 de presión.
• El resultado es un material más ligero que el aluminio y mas resistente que el acero.
MECANIZADO DE PIEZAS DE FIBRA DE CARBONO
El objetivo es fabricar piezas del tamaño definitivo.
Siempre es necesario realizar taladros y/o modificaciones. El
mecanizado de la fibra de carbono requiere
herramientas especiales (recubiertas de polvo de diamante).
Para pequeños trabajos es perfectamente viable usar brocas de “acero rápido” que hay que sustituir o afilar con frecuencia.El polvo que se desprende del mecanizado es muy toxico y por ello se deben tomar medidas de seguridad.
MATERIALES DESCOMPUESTOS
Como consecuencia de un accidente se nos rompió la base de un robot que era de contrachapado de baja calidad.
Para intentar recuperarla decidimos pegarla una lámina fina de aluminio con una adhesivo de tipo epoxy (Araldite).
Le aplicamos mucha presión con unos gatos de carpintero.
Una de las láminas de aluminio no se pegó, pero gracias a la presión la resina penetró en el contrachapado consiguiendo un material mucho más resistente.
CONCLUSIONES
• La estructura es una parte muy importante en el diseño de un robot móvil.
• Las piezas de lego nos permiten realizar diseños de forma rápida pero no son adecuadas para los diseños más exigentes
• La madera, el aluminio y los materiales compuestos son los elementos más adecuados para realizar buenas estructuras de robots.