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 ruedas, orugas de tanque u otro método. A veces se hace referencia al chasis como el marco del robot. El chasis también proporciona una estructura para fijar manipuladores como brazos, garras, elevadores, arados, sistemas de transporte, tomas de objetos y otras características de diseño utilizadas para manipular objetos.

Hay muchas consideraciones que deben tenerse 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 es para una competencia? Si el robot es para un proyecto de aula, su chasis se puede ensamblar con menos preocupación por las interacciones repetidas con otros robots. Durante una competición, si el chasis se dobla, se tuerce o se deshace, es posible que el robot ya no pueda competir eficazmente. 

Tamaño

¿Existen reglas de tamaño para el robot? Muchas competiciones tienen reglas de tamaño incluidas en las reglas del juego. Estas reglas podrían tener una altura, ancho y longitud máximas 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 tener el tamaño adecuado para que todos los componentes del robot encajen dentro de las reglas de tamaño.

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 tener en cuenta. Los componentes metálicos estructurales se ensamblan mucho más fácilmente cuando se utilizan conexiones de 90 ^o. La forma del chasis debe dejar espacio para otros componentes del robot, como el sistema de control, motores, ruedas, engranajes y ruedas dentadas. Una buena práctica de diseño es disponer 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 del tren motriz del robot. Si el robot se utilizará en una competición, ¿existen formas que le proporcionarán una ventaja? Quizás una forma más estrecha permitirá que el robot navegue por el campo más fácilmente y/o encaje en una zona de puntuación más fácilmente. Quizás una forma más ancha permitirá que el robot empuje más piezas de juego o proporcione más área para un sistema de admisión. Quizás una forma de U dejará espacio para un transportador y/o un manipulador de piezas de juego. Quizás haya un obstáculo que el robot necesita pasar y no puede ser tan alto. Quizás el robot necesitará alcanzar alturas o más allá de la distancia entre ejes y será ventajoso construir la forma del chasis para llenar 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 apoyo paralelos para cualquier eje que se inserte en el chasis. Si no se proporcionan dos soportes para cada eje, éste podrá girar ligeramente hacia arriba y hacia abajo sobre el único punto de apoyo, lo que hará que sea más difícil girarlo. Cuanto más pesado sea el conjunto robótico que soporta el eje, más importante será proporcionar estos dos puntos de apoyo.

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 C disponibles en anchos de 5 y 2 orificios tanto en acero como en aluminio. Hay canales C de aluminio disponibles con ancho de 3 orificios. Cuanto más ancho sea el canal C, menos probabilidades habrá de que se doble o se tuerza, pero el chasis será más pesado. Hay ángulos disponibles tanto en acero como en aluminio con agujeros cuadrados y hay ángulos de acero con agujeros ranurados. Los ángulos son ideales para fijar y soportar torres. El ángulo de acero con agujeros ranurados permite conexiones que no sean de 90 ^o. Hay rieles disponibles tanto en acero como en aluminio. Los rieles tienen conectores en los extremos que proporcionan un punto de conexión adicional. Los rieles son uno de los tipos de metal estructural incluidos en los kits de chasis.

Cosas a tener en cuenta al seleccionar un material metálico estructural.VEX ofrece piezas de estructura metálica en dos opciones de materiales: acero y aluminio. Existen ventajas y desventajas de utilizar 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 acero estructural era el material original que estaba disponible cuando se introdujo el sistema VEX EDR. A la hora de decidir si utilizar una pieza estructural de acero, hay algunas cosas que se deben tener en cuenta en la decisión:

• Las piezas de metal de acero son menos costosas que las de aluminio y esto puede ser un factor a considerar en proyectos de aula. 
• Las piezas de metal de acero no se doblan ni se tuercen tan fácilmente como las mismas piezas de metal hechas de aluminio. 
• Las piezas de metal de acero están disponibles en el kit Boaster y en el kit de hardware de metal. 
• El metal de acero está disponible en 4 kits de chasis de diferentes tamaños que se pueden mezclar y combinar para obtener distintos diseños. 
• El metal de acero también está disponible en varios paquetes de componentes metálicos de un solo tipo/longitud. 

El gráfico a continuación 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 hacen que sea ampliamente utilizado para diseños en competiciones robóticas. A la hora de decidir si utilizar una pieza estructural de aluminio, hay algunas cosas que se deben tener en cuenta en la decisión:

• Las piezas metálicas de aluminio son más ligeras y esto proporciona una ventaja competitiva porque cuanto más ligera sea la estructura, más fácil será para los motores y 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 de acero, lo que puede permitir que los tornillos y los ejes de transmisión se introduzcan en los lados de los orificios cuadrados cuando tienen una gran tensión sobre ellos y esto puede crear una conexión floja. Sin embargo, esta suavidad permite que el aluminio se pueda cortar, perforar, limar y remodelar más fácilmente que el acero. 
• Las piezas de metal de aluminio están disponibles en el kit de estructura de aluminio y en el kit de estructura de aluminio larga. 
• El aluminio está disponible en un kit de chasis de aluminio 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 diversos componentes, como motores, sensores y elementos estructurales. Los orificios cuadrados en las placas, vigas y barras de metal permiten la entrada fácil de sujetadores. Las hendiduras triangulares en las vigas le permiten contar fácilmente los agujeros necesarios para fijar los diferentes componentes. Una sangría marca cada cinco orificios para facilitar la identificación de los puntos de conexión. 

Todas las piezas de metal se pueden mezclar y combinar para montar un chasis de robot muy efectivo. La decisión sobre qué tipo de metal utilizar no tiene por qué ser necesariamente una cuestión de todo o nada. Por ejemplo, se pueden usar ángulos y rieles de aluminio para la parte del tren de transmisión del chasis con el fin de mantenerlo liviano, y se pueden usar canales C de acero para la parte de la torre del chasis con el fin de brindar resistencia para soportar un brazo grande o un sistema de elevación. 

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

• Se pueden utilizar placas y barras para sostener y conectar otros componentes estructurales para endurecer un chasis. 
• Se pueden montar placas de acero o barras de acero 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 se aplica una gran tensión sobre el eje o tornillo. 
• 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 ensamblar el chasis? Los sujetadores son piezas que conectan las piezas metálicas y otras estructuras entre sí. Hay numerosos sujetadores disponibles para ensamblar 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 tensión tenga una unión, más sujetadores se deben utilizar; sin embargo, esto equivaldrá a más peso para el diseño. Por ejemplo, si se van a conectar dos canales en C de 5 orificios, colocar un tornillo en los 25 orificios que se cruzan sería excesivo. Es posible que un chasis de aula no experimente tanta tensión como un chasis de competición. El chasis del aula puede utilizar sujetadores que son más rápidos de ensamblar, como remaches de fijación de cojinetes, tuercas hexagonales n.° 8-32, barras de tuercas y tornillos de mariposa. Un chasis de competición deberá ensamblarse con tornillos y tuercas. También se pueden utilizar retenedores de tuercas de 1 poste y/o retenedores de tuercas de 4 postes. Los separadores también son muy eficaces para ensamblar un chasis. Se utiliza un separador para separar dos partes entre sí y al mismo tiempo crear una conexión rígida. Los separadores n.° 8-32 vienen en varias longitudes entre ¼” y 6”. Además de estos sujetadores, la Competencia de Robótica VEX tiene una regla de juego sobre “Tornillos que no son VEX” que permite cualquier tornillo comercialmente disponible de tamaño 4, 6, 8, M3, M3.5 o M4 de hasta 2” (50,8 mm) de largo (nominal), y cualquier tuerca, arandela y/o espaciador comercialmente disponible (de hasta 2” / 50,8 mm de largo) para adaptarse a estos tornillos. Las uniones del chasis también pueden reforzarse mediante refuerzos, placas y/o barras.

Importancia

El chasis del robot sirve como esqueleto del mismo, por lo que es imprescindible disponer de uno bien diseñado y bien montado. El éxito o el fracaso del robot puede depender del chasis. 

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