martes, mayo 27, 2008

Juegos Científicos

Algunos juegos relacionados con la ciencia que he ido encontrando por Internet:


S2

Ranganok Schahzaman

sábado, mayo 10, 2008

3m/s (III): Configuraciones mecánicas

De las muchas formas de moverse que tiene un robot, ¿cuál es la mejor para un velocista? Yo me quedo con tres configuraciones (todas con ruedas), que intentaremos analizar: diferencial, triciclo ("sniffer") y Ackerman (tipo coche).

Diferencial


Consta de dos ruedas paralelas entre sí con tracción independiente. En teoría esta es la mecánica
más fácil de construir, únicamente se necesitan ruedas de tracción, ya que la direccionalidad se consigue con la diferencia de velocidades (y sentidos) de estas ruedas. Para darle estabilidad al conjunto se suelen usar una o varias ruedas locas que aguantarán el peso del robot impidiendo que este se incline, sin embargo esto puede dar problemas de pérdida de tracción de las ruedas en pistas irregulares.

Configuracion diferencial
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Ventajas:

  • El robot puede girar sobre su propio eje (el punto medio entre las ruedas de tracción) lo que le da una mejor respuesta ante curvas cerradas.


Inconvenientes:

  • Las ruedas de tracción no pueden ir a máxima velocidad siempre, en las curvas una de ellas (la interior a la curva) deberá frenar o incluso invertir su sentido para poder girar el robot.

  • Para asegurarse el movimiento rectilíneo debemos comprobar que las dos ruedas vallan siempre a la misma velocidad.

  • Existen problemas de estabilidad lo que dará pie a poner una tercera rueda (loca), sin embargo esto puede seguir dando problemas (depende de la posición del centro de gravedad). Si se pone una cuarta rueda (loca) ganará estabilidad pero pueden perder contacto la ruedas de tracción (dependiendo de las irregularidades de la pista).


Triciclo


En este caso tenemos 3 ruedas formando un triángulo, una de dirección delantera y dos traseras paralelas entre ellas. Generalmente las ruedas traseras se utilizan como tracción pero la rueda de dirección puede servir también.

El principal problema del triciclo son los giros que depende de la distancia entre las ruedas traseras y la delantera (que marca la dirección del giro). Además se debe tener en cuenta que en un giro las ruedas traseras deberán ir a distinta velocidad para compensar el trayecto a recorrer por cada una de ellas.


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Ventajas:

  • Las ruedas de tracción pueden ir a máxima velocidad, siempre que el radio de giro de la pista sea lo suficientemente grande.

  • Tiene facilidad para ir recto.


Inconvenientes:

  • El radio de giro del robot no es muy grande, por lo que se ha de reducir la velocidad antes de entrar en una curva.


Configuración Ackerman


Todos hemos visto alguna vez un coche, así que no tiene mucha explicación de la forma: cuatro ruedas, dos de ellas de dirección... Lo que sí podemos haces es diferenciar dónde ponemos la ruedas de dirección y dónde las de tracción.

En un coche la ruedas de dirección generalmente son las delanteras (aunque existen algunos modelos con ruedas ser traseras) esto se hace así porque son las ruedas que están más cerca del conductor. Sin embargo en un velocista no tiene porqué ser así.

Las ruedas de tracción también suelen ser las delanteras, sin embargo en los modelos de RC las ruedas de tracción son distintas a las de dirección, entre otras cosas, para simplificar el diseño.

La ventaja de la tracción delantera (hacer coincidir la tracción con la dirección) es que se aprovecha mucho mejor la energía en curva porque la fuerza se transmite en la dirección de ésta por lo que serán más fáciles de controlar. Sin embargo los automóviles de alto rendimiento son más difíciles de manejar y tienden al subviraje si son de tracción delantera.


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Ventajas:

  • Las ruedas de tracción pueden ir a máxima velocidad, siempre que el radio de giro de la pista sea lo suficientemente grande.

  • Buena estabilidad.

  • Facilidad en las rectas.


Inconvenientes:

  • El radio de giro del coche no es muy pequeño, por lo que se ha de reducir la velocidad antes de entrar en una curva.


Eje de gravedad


Algo muy importante a tener en cuenta es que deberemos repartir el peso de tal forma el centro de masas del robot quede lo más cercano al suelo (lo cual le dará mayor estabilidad) y que el eje de gravedad coincida con el eje de giro (lo cual facilitará que el giro del robot se haga de forma correcta y sin desviaciones), a parte de esto deberemos pensar en el momento de inercia de giro del robot que nos interesa que sea el mínimo posible (para poder corregir rápidamente la trayectoria).

Teniendo en cuenta esto diseñaremos el velocista de tal forma que las baterías y los motores, que son los elementos que más pesan, queden:

  1. Lo más cerca del suelo posible

  2. Simétricos respecto al eje de giro

  3. Lo más cerca del eje de giro posible


Como hemos ido viendo en los dibujos el eje de giro depende de muchos factores. Los más importantes son: la configuración mecánica (diferencial, triciclo, Ackerman, ...), el radio de giro, y la distancia entre ruedas.

Dado que la posición de eje de giro es variable en la mayoría de los casos, tendremos que utilizar otros factores para posicionar el centro de gravedad:

  • Siempre deberemos distribuir el peso de tal forma que el eje de gravedad caiga dentro del polígono que se forme al unir los puntos de apoyo de las ruedas, en otro caso volcaremos el robot.

  • Si sabemos que el giro siempre va a ser hacia el mismo lado (y sabemos ese lado) podemos acumular la mayor parte del peso en la parte interior del giro para ayudar a girar al robot (mínima distancia con el eje de giro), es decir, si debe girar siempre a la derecha poner la mayor parte del peso en el lado derecho, de esta forma estaremos "ayudando" a realizar el giro.

  • Si no sabemos cómo va a ser el giro, o este no va a ser siempre hacia el mismo lado (lo más normal), tendremos que mirar la configuración para decidir como repartir el peso:
    • En una configuración de triciclo situaremos el peso alrededor del eje entre la rueda de dirección y el punto medio entre las ruedas de tracción.

    • En una configuración diferencial el punto medio entre las dos ruedas coincidirá con el eje de giro cuando las ruedas giren a la misma velocidad en sentidos opuestos, por lo que repartiremos el peso en función de este punto.

    • En una configuración Ackermanlo mejor es repartir simétricamente el peso respecto a las ruedas de dirección y tracción.


S2

Ranganok Schahzaman

PD: Algunos links que pueden ser de utilidad

jueves, mayo 08, 2008

Busco colaboradores

Este post lo puse hace unos días en la web de ARDE


Hola,

Llevo tiempo dándole vueltas a un par de proyectos, pero por falta de tiempo no los termino de arrancar, así que me he decidido a poner este anuncio...

Busco:
- persona que le guste el diseño electrónico,
- que sepa o le interese aprender KiCAD,
- preferiblemente que sepa de mecánica,
- preferiblemente estudiante (por aquello que utilice lo que hace para presentar algún trabajo o PFC).

Funciones:
- Diseño de planos esquemáticos y PCB.
- Todos los planos y PCB se liberarán bajo la licencia CC-by-sa. Lo cual da publicidad a los que lo hacen.

Proyecto:
Creación de un taller/laboratorio para robotica y domotica.
- Entrenador modular
- Punta lógica
- Multímetro: Voltímetro, Amperímetro, Ohmmetro, Capacímetro...
- Osciloscopio.
- Generador de Funciones.
- Frecuencímetro.
- Fuente de alimentación.
- Medidor de protocolos.

Ofrezco:
- Compartir conocimientos.
- Tutorizarla en los trabajos que tenga que realizar (por eso lo de ser estudiante).

Se que no ofrezco mucho, pero es que no puedo ofrecer más...


Aclaro que no es una oferta de trabajo, simplemente se trata de sacar adelante los proyectos que tengo parados por falta de tiempo (luego serán publicados con licencia CC, así que yo tampoco gano nada). Si hay algún interesado...

S2

Ranganok Schahzaman.