Mecanismo 1.0 (Patas)
Diseño de las patas
En base al bosquejo preliminar, inicio con el diseño de las patas, las cuales en su extensión no contendrán ningún actuador.
La pata tiene una rodilla doble, con el fin de mantener vertical la pantorrilla (ante-pierna). La pantorrilla va unida al pie en una sola pieza. La rodilla doble está unida mecánicamente a dos muslos de largos iguales a la base. La base es la cadera de la pierna, esta permite a los muslos subir y bajar, y a su vez gira sobre su propio eje para dotar a la pata de desplazamiento hacia adelante y hacia atrás.
La primera parte del diseño es dibujar el prototipo con un editor de 3D, específicamente el programa MetasequoiaLE, la versión R2.3b-2 que es freeware. Este es el link de la página web del editor en mención: www.metaseq.net/english/index.
Estas son las distintas partes de la pata hasta su base
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| Partes de la pata en 3D |
La siguiente imagen muestra la pata con sus diferentes componentes.
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El muslo superior tiene una extensión después de la cadera, que será por donde se acople el mecanismo de algún actuador. El archivo siguiente contiene los planos de esta pata para ser visto y/o editado en MetasequoiaLE:
Leg01.zipCon el fin de analizar el funcionamiento de la pata procedí a realizar un modelo a escala (15:1) hecho de con papel y cartón. La pantorrilla, pie y ejes son de papel común para impresora enrollado en si mismo y pegado con cola blanca. Los separadores son de caja de cereal común y por ultimo, los muslos y base son de cartón de la caja de cereal que viene con dos bolsas.
La siguiente foto muestra los materiales y herramientas utilizadas:
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| Materiales para construcción de la pata |
Estas son las partes en papel y cartón:
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| Partes de la pata a escala (15:1) |
Esta es la pata armada por separado y luego montada en su base:
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| Pata a escala armada y en su base |
Al ver que los ejes y soportes tenían la solidez para soportar el movimiento, decidí intentar motorizar el sistema por lo cual procedí a fabricar una polea con sus ejes, uno centrado y el otro no, también la base para sujetarla. Esta polea es la que transmitirá el movimiento a la pata. En la siguiente foto se puede observar la polea terminada en cartón como el de los muslos de la pata, así como la base, el motor y la faja cuyo origen es de un walkman viejito.
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| Polea, base de polea, motor y faja |
Cabe mencionar que los ejes de la polea tienen un refuerzo adicional en su centro. Este refuerzo es un tubito de hisopo sin el algodón que contiene dos alambres de clips.
Para controlar el motor armé un dimmer en base a un 555 y un MOSFET. El circuito montado con su esquema es el siguiente:
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| Circuito Dimmer para controlar el motor |
El circuito funciona con una alimentación de 5 voltios y proporciona un tren de pulsos al motor para así poder controlar su velocidad girando la resistencia R5, el interruptor S1 conecta en forma directa al motor y el S2 es un pulsador que funciona al estar desconectado S1.
Este es el detalle del motor montado en la base y acoplado a la pata por medio de la extensión del muslo superior:
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| Motor instalado con la polea y faja |
Este es el sistema completo terminado:
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| Pata terminada con motor y polea |
Por ultimo procedemos a energizar el sistema. Los siguientes videos muestran el movimiento desde tres puntos de vista distintos para poder apreciar mejor el funcionamiento. En los diferentes videos la pata se activa en parte con el interruptor S1 en encendido (directo) y también en apagado, haciendo uso del pulsador S2, que es cuando la pata se mueve en forma discontinua.
Este es un video de la pata en movimiento sin la base asegurada:
El propósito de esta prueba es determinar si el sistema del motor es lo suficientemente fuerte como para mover la base.
Por ultimo, esta otra versión de la prueba anterior, la cual no pensaba publicar, pero el final me parece divertido.
Conclusiones
Hasta el momento la escala de la pata será quince veces mas pequeña que el modelo de pruebas, por lo que considero que los materiales como el plastico de empaque y los alfileres soportarán los diferentes torques y el estrés del movimiento.
En este caso el movimiento transversal es el que produciría desplazamiento, y para las pruebas realizadas, este es de forma circular, como se aprecia en el video con la pata hacia el observador, pero el movimiento que necesito es de medio circulo hacia arriba, con el fin de que el cuerpo del robot sea lo más estable posible, por consiguiente, de momento son necesarios dos actuadores para lograr el movimiento de medio circulo. En la siguiente gráfica se ve la diferencia en el desplazamiento. El punto rojo representa el talón de la pata.
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| Diferencia de movimiento de las patas |
Otro punto a considerar el tipo de reductoras para los motores, logrando un punto de equilibrio entre velocidad y potencia necesaria.
Tengo algunos sistemas mecánicos de juguetes, que tengo como candidatos para hacer las reductoras, que para el caso tienen que ser lo más pequeñas y con la mayor eficiencia posible. En la foto siguiente doy un adelanto de las partes mecánicas que podrán conformar las reductoras.
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| Recursos mecánicos para reductoras |
El paso siguiente es hacer el primer prototipo de la pata a escala real, y para dar una idea, la parte de la pantorrilla no es más grande que un alfiler común.
