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.
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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:
- Lo más cerca del suelo posible
- Simétricos respecto al eje de giro
- 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
9 comentarios:
Para optimizar aun más existe una técnica de posicionar un centro de gravedad de forma dinámica. Con eso se consigue mayor rapidez y estabilidad para las curvas, porque las ruedas traseras tienden a escapar por fuerza centrífuga.
Para eso, se puede usar un eje horizontal enroscado o en broca conectado al mismo motor de giro, con el respectivo factor que se ajuste a la cota de límites, de tal forma que los elementos de mayor peso se desplacen un poco hacia izquierda o derecha según el mismo sentido de giro del vehículo. Mejor aun si además se consigue hacerlo de tal forma que se pueda inclinar un poco verticalmente hacia abajo en el extremo interior de la normal a la curva de la pista.
Resumiendo, tracción delantera y control dinámico del centro de gravedad.
para completar el análisis, hay que mirar las ventajas del modelo de triciclo, pero con las dos ruedas de tracción adelante, y la rueda libre restante atrás. Pruébala, compárala con los otros modelos y tendrás una alegría.
Anónimo #1: Hombre yo más que jugar con el desplazamiento del centro de gravedad jugaría con el control dinámico de los amortiguadores, y/o el control dinámico de la frenada de cada rueda (control dinámico de la velocidad de las ruedas). También hay que evaluar la potencia de cálculo necesaria con los beneficios añadidos ( http://skiras.blogspot.com/2008/04/3ms.html ).
Anónimo #2: El funcionamiento del triciclo con las ruedas de tracción delante o detrás es exactamente el mismo, con las mismas ventajas e inconvenientes que he explicado. Las posibles ventajas de poner la dirección delante o detrás del sistema de tracción puede venir a la hora de recoger los datos mediante los sensores de línea, pero eso no es de estudio en este post (más adelante quizás).
S2
Ranganok Schahzaman
yo soy el #2: Me parece que te estás precipitando un poco en tus conclusiones. No es lo mismo un triciclo con las dos ruedas atrás que adelante.
sigo siendo el #2: mi mensaje para el #1, el desplazamiento del eje no tiene sentido si hay amortiguadores. Por otro lado, dónde se ha dicho que se usará amortiguadores?
Anónimo #2: Quizás tengas razón y haya ventajas en la colocación de las ruedas de tracción delante en un triciclo... pero si nos limitamos a lo que trata el post (mecánica de los giros), ahora mismo (a parte del subviraje/sobreviraje que se tiene en Ackerman) no se me ocurre ninguna. De todas formas puedo equivocarme, así que ¿podrías indicarnos algunas de las ventajas? (prometo que las investigaré y pondré otro post).
S2
Ranganok Schahzaman
PD: Todavía no he llegado a la parte de los amortiguadores (más adelante).
Anónimo #2 dice:
Las ventajas al tener un triciclo con tracción delantera de dos ruedas y una rueda direccional trasera son:
- mayor estabilidad de una rueda trasera que una sola rueda delantera, especialmente en el avance y no retroceso.
- al tener mayor estabilidad se puede tener mayor rapidez, y mayor velocidad en los giros. La inercia se la lleva la rueda trasera que no tiene tracción.
Se asume un triciclo con un control dinámico de la rueda trasera (no rueda loca) que en sus momentos de mayor estabilidad, el giro posee alto porcentaje de control, y en menor estabilidad, la rueda tiene momentos libres, es decir, el control no es rígido, es intencionalmente flexible y dinámico (sensorizado y autónomo)
Y en el caso de un coche no sería similar?
Por qué usan tracción trasera en lugar de tracción delantera y ruedas direccionales traseras?
No cumple esas mismas condiciones anónimo #2?
Anónimo #2: tienes razón (no había tratado el tema de la estabilidad dinámica). Lo trataré en otra entrada (pequeña).
S2
Ranganok Schahzaman
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