Diseño de un chasis V5

El chasis es el componente estructural del robot que contiene el tren motriz y permite que el robot sea móvil mediante el uso de ruedas, bandas de rodamiento de tanques u otro método. Un chasis a veces se conoce como el marco del robot. El chasis también proporciona una estructura para sujetar manipuladores como brazos, garras, elevadores, arados, sistemas de transporte, tomas de objetos y otras características de diseño utilizadas para manipular objetos.

Hay muchas consideraciones a tener en cuenta al diseñar un chasis de robot.

Objetivo

¿Cuál es el propósito del robot? ¿El diseño del robot es para un proyecto de aula o para un concurso? Si el robot es para un proyecto de aula, su chasis puede ensamblarse con menos preocupación por las interacciones repetidas con otros robots. Durante una competición, si el chasis se dobla, se tuerce o se desmorona, es posible que el robot ya no pueda competir de manera efectiva. 

Tamaño

¿Hay reglas de tamaño para el robot? Muchas competiciones tienen reglas de tamaño incluidas en las reglas del juego. Estas reglas pueden tener una altura, un ancho y una longitud máximos que el robot puede tener al comienzo de una partida y las reglas pueden tener una expansión máxima horizontal y/o un límite de altura máxima. El chasis debe estar dimensionado para que todos los componentes del robot encajen dentro de las reglas de dimensionamiento.

Forma

¿Qué forma tendrá el chasis? Una de las ventajas del sistema VEX EDR es que permite muchos diseños y una oportunidad casi infinita para la creatividad. Sin embargo, hay algunos aspectos a considerar. Los componentes metálicos estructurales se ensamblan mucho más fácilmente cuando se utilizan conexiones de 90 ^{°. La forma del chasis debe dejar espacio para los otros componentes del robot, como el sistema de control, los motores, las ruedas, los engranajes y las ruedas dentadas. Una buena práctica de diseño es colocar el chasis con todos los demás componentes antes del ensamblaje para garantizar que el espaciado funcione. Asegúrese de que la forma del chasis se adapte al diseño de la transmisión del robot. Si el robot se usará en una competencia, ¿hay formas que proporcionarán una ventaja? Tal vez una forma más estrecha permita que el robot navegue por el campo más fácilmente y/o encaje en una zona de puntuación más fácilmente. Tal vez una forma más ancha permita que el robot empuje más piezas de juego o proporcione más área para un sistema de admisión. Tal vez una forma de U permita espacio para un transportador y/o un manipulador de piezas de juego. Tal vez hay un obstáculo por el que el robot necesita pasar y no puede ser tan alto. Tal vez el robot necesite llegar alto o fuera de la distancia entre ejes y será ventajoso construir la forma del chasis para cumplir con el límite de tamaño máximo y crear una huella lo más grande y estable posible.}

Soporte de ejes

Es importante que el diseño del chasis incorpore dos puntos de soporte paralelos para cualquier eje que se inserte en el chasis. Si no se proporcionan dos soportes para cada eje, se permitirá que el eje pivote ligeramente hacia arriba y hacia abajo en el único punto de soporte y hará que el eje sea más difícil de girar. Cuanto más pesado sea el montaje del robot que soporta el eje, más importante es proporcionar estos dos puntos de soporte.

Ejemplos de dos puntos de apoyo

Piezas metálicas estructurales

¿Qué tipo de piezas metálicas estructurales se utilizarán para ensamblar el chasis? El sistema VEX EDR tiene muchas opciones disponibles en acero y aluminio. Hay canales en C disponibles en 5 orificios y 2 orificios de ancho, tanto en acero como en aluminio. Hay canales en C de aluminio en 3 agujeros de ancho disponibles. Cuanto más ancho sea el canal en C, menos probable será que se doble o se tuerza, sin embargo, el chasis será más pesado. Hay ángulos disponibles tanto en acero como en aluminio con orificios cuadrados y hay ángulos de acero con orificios ranurados. Los ángulos son ideales para fijar y soportar torres. El ángulo de acero con orificios ranurados permite conexiones que no son de 90 ^°. Hay rieles disponibles tanto en acero como en aluminio. Los rieles tienen conectores de extremo que proporcionan un punto de conexión adicional. Los rieles son uno de los tipos de metal estructural incluidos en los kits de chasis.

Aspectos a tener en cuenta al seleccionar un material de metal estructural. VEX ofrece piezas de estructura metálica en dos opciones de materiales: acero y aluminio. Existen ventajas y desventajas de usar un material específico en función de las propiedades del material y las piezas disponibles. Ambas opciones de material se pueden cortar, perforar, limar y remodelar para permitir diseños personalizados.

El metal estructural de acero era el material original que estaba disponible cuando se introdujo el sistema VEX EDR. Al tratar de decidir si utilizar una pieza estructural de acero, aquí hay algunas cosas que deben tenerse en cuenta en la decisión:

• Las piezas metálicas de acero son menos costosas que el aluminio y esto puede ser una consideración en los proyectos de aula. 
• Las piezas metálicas de acero no se doblan ni se tuercen tan fácilmente como las mismas piezas metálicas hechas de aluminio. 
• Las piezas metálicas de acero están disponibles en el Boaster Kit y en el Metal Hardware Kit. 
• El metal de acero está disponible en 4 kits de chasis de diferentes tamaños que se pueden mezclar y combinar para una serie de diseños diferentes. 
• El acero metálico también está disponible en una serie de paquetes de componentes metálicos de un solo tipo/longitud. 

El siguiente gráfico muestra un modelo 3D del metal estructural utilizado para el VEX V5. 

 

El metal estructural de aluminio se introdujo más tarde en la línea de productos VEX EDR, sin embargo, sus propiedades lo hacen ampliamente utilizado para diseños en competiciones robóticas. Al tratar de decidir si usar una pieza estructural de aluminio, aquí hay algunas cosas que deben tenerse en cuenta en la decisión:

• Las piezas de metal de aluminio son más ligeras y esto proporciona una ventaja competitiva porque cuanto más ligera es la estructura, más fácil es para los motores y los sistemas neumáticos moverla. 
• Las piezas de aluminio son ligeramente más gruesas que las piezas de acero y en ciertas orientaciones, es más difícil alinear los agujeros entre 2 o más piezas. 
• Las piezas de aluminio son más blandas que las piezas de acero, lo que puede permitir que los tornillos y los ejes de transmisión se introduzcan en los lados de los orificios cuadrados cuando se les aplica una gran tensión y esto puede crear una conexión suelta. Sin embargo, esta suavidad permite cortar, perforar, limar y remodelar el aluminio más fácilmente que el acero. 
• Las piezas de metal de aluminio están disponibles en el kit de estructura de aluminio y el kit de estructura de aluminio largo. 
• El aluminio está disponible en un kit de chasis de aluminio de 25x25. 
• El metal de aluminio también está disponible en varios paquetes de componentes metálicos de un solo tipo/longitud. 

Puntos de conexión

Los puntos de conexión son fundamentales para construir y personalizar su robot VEX V5. Estos puntos permiten la fijación segura de varios componentes, como motores, sensores y elementos estructurales. Los orificios cuadrados en las placas de metal, las vigas y las barras permiten una fácil entrada de los sujetadores. Las hendiduras triangulares en las vigas le permiten contar fácilmente los orificios que necesita para sujetar diferentes componentes. Una muesca marca cada cinco orificios cuadrados para facilitar la identificación de los puntos de conexión. 

Todas las piezas de metal se pueden mezclar y combinar para ensamblar un chasis de robot muy eficaz. La decisión sobre qué tipo de metal usar no tiene que ser un todo o nada. Por ejemplo, el ángulo de aluminio y los rieles se pueden usar para la parte de la transmisión del chasis para mantenerla liviana y el canal en C de acero se puede usar para la parte de la torre del chasis para proporcionar resistencia para soportar un brazo grande o un sistema de elevación. 

Cabe señalar que las placas de metal y las barras de metal (que también están disponibles tanto en acero como en aluminio) se dejaron fuera de esta discusión sobre las piezas de metal estructural. Esto se debe a que las placas y barras no tienen material que se extienda en todos los 3 ejes espaciales (X,Y,&Z) y, por lo tanto, no tienen la resistencia estructural para usarse como componente principal de un chasis. Sin embargo, estas piezas metálicas pueden cumplir algunas funciones muy importantes en un chasis como: 

• Las placas y barras se pueden utilizar para soportar y conectar los otros componentes estructurales para rigidizar un chasis. 
• Las placas de acero o barras de acero se pueden montar al ras de una pieza de metal estructural de aluminio para reforzar sus orificios cuadrados cuando se inserta un eje o tornillo a través del orificio y el eje/tornillo tiene una gran tensión aplicada. 
• Las placas y barras pueden proporcionar una superficie plana en un chasis para montar componentes como el cerebro del robot V5, la radio del robot V5 y la batería del robot V5.

Sujetadores

¿Cómo se utilizan los sujetadores para montar el chasis? Los sujetadores son piezas que conectan las piezas metálicas y otras estructuras entre sí. Hay numerosos elementos de fijación disponibles para montar un chasis. A menos que el chasis tenga una estructura diseñada para pivotar, cada unión debe tener dos o más puntos de conexión. Como regla general, cuanto más esfuerzo tenga una unión, más sujetadores se deben usar, sin embargo, esto equivaldrá a más peso para el diseño. Por ejemplo, si se conectan dos canales en C de 5 orificios, sería excesivo colocar un tornillo a través de los 25 orificios que se cruzan. Es posible que un chasis de aula no experimente una cantidad tan alta de estrés como un chasis competitivo. El chasis del aula puede usar sujetadores que son más rápidos de ensamblar, como los remaches de fijación de cojinetes, las tuercas hexagonales #8-32, las barras de tuercas y los tornillos de mariposa. Un chasis de competición deberá ensamblarse con tornillos y tuercas. También se pueden usar retenedores de tuerca de 1 poste y/o retenedores de tuerca de 4 postes. Los separadores también son muy efectivos para ensamblar un chasis. Un separador se utiliza para separar dos partes entre sí mientras se crea una conexión rígida. Los separadores #8-32 vienen en varias longitudes entre ¼” y 6”. Además de estos sujetadores, VEX Robotics Competition tiene una regla de juego sobre "Tornillos no VEX" que permite que cualquier tornillo #4, #6, #8, M3, M3.5 o M4 disponible comercialmente de hasta 2" (50.8 mm) de largo (nominal), y cualquier tuerca, arandela y/o espaciador disponible comercialmente (hasta 2" / 50.8 mm de largo) se ajuste a estos tornillos. Las uniones del chasis también pueden reforzarse con refuerzos, placas y/o barras.

Importancia

El chasis del robot sirve como su esqueleto, por lo que es esencial tener uno bien diseñado y bien montado. El éxito o el fracaso del robot puede depender del chasis. 

El metal estructural y el hardware se pueden comprar en https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/structure.