Mecanismos · Todos los mecanismos nacen de las máquinas simples, ... el fin de ejercer menos...
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Mecanismos
En esta unidad, revisarás los fundamentos claves del funcionamiento de los mecanismos que
puedes construir para tu robot VEX IQ.
Maquinas Simples
Todos los mecanismos nacen de las máquinas simples, las cuales permiten desarrollar
prácticamente todas las tareas mecánicas posibles de forma sencilla.
Las maquinas simples son aparatos o mecanismos que se utilizan para transformar o compensar
una fuerza resistente o levantar un peso en condiciones favorables para el usuario. Es decir,
realizar un trabajo con una fuerza menor obteniendo una ventaja mecánica
Palanca
La palanca es tal vez una de las maquinas mas conocidas por las personas, consiste en una barra
rígida que gira sobre un punto de apoyo llamado fulcro, la fuerza ejercida para levantar se llama
potencia, y la fuerza de resistencia para vencer se llama resistencia
Además, la palanca divide al brazo en dos medidas:
• Brazo de potencia: Distancia ente el fulcro y la potencia
• Brazo de resistencia: Distancia entre el fulcro y la resistencia
Existen 3 tipos de palancas, cada una con aplicaciones diferentes
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Palanca de primer grado
La palanca de primer grado consiste en una barra rígida, con el fulcro al medio, la resistencia de un
lado y la potencia del otro.
Esta palanca amplifica la potencia mediante la variación de posición del fulcro. Para amplificar la
potencia, obteniendo una mayor fuerza, el brazo de potencia debe ser más largo que el brazo de
resistencia. Un ejemplo de esta palanca es el alicates, el balancín y las tijeras
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Palanca de segundo grado
Las palancas de segundo grado tienen el fulcro en un extremo y la resistencia entre la potencia y el
fulcro.
Este tipo de palancas está hecho también para amplificar la potencia por sobre la resistencia, con
el fin de ejercer menos fuerza aplicada. Un ejemplo de palancas de segundo grado es la carretilla,
el destapado de botellas o el rompenueces
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Palancas de tercer grado
Este tipo de palancas es similar a las de segundo grado, ya que involucra un movimiento rotatorio,
con la diferencia que la potencia se encuentra ente el fulcro y la resistencia.
Este tipo de palancas disminuye la fuerza aplicada, y sirve para casos que se requiere precisión o
velocidad por sobre la fuerza, cuando la potencia es mayor que la resistencia.
Ejemplos mecánicos de este tipo de palancas es el brazo de una persona, cuando alguien utiliza un
tenedor o cuchara o una engrapadora.
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Poleas
La polea sirve para elevar pesos a cierta altura, consiste en una rueda por la que pasa una rueda y
por uno de sus extremos se fija una carga. Se pueden categorizar en
Polea fija: solo cambia la dirección de la fuerza.
Polea móvil: se mueve con el peso, disminuye en un 50% la fuerza
Polipasto: formada por 3 o más poleas en línea o paralelo, logrando una disminución de fuerza
equivalente al numero de poleas en uso
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Plano inclinado
El plano inclinado permite levantar una carga mediante una rampa o pendiente. Esta máquina
simple descompone la fuerza del
peso en dos componentes: la
normal (que soporta el plano
inclinado) y la paralela al plano
(que compensa la fuerza
aplicada). De esta manera, el
esfuerzo necesario para levantar
la carga es menor y, dependiendo
de la inclinación de la rampa, la
ventaja mecánica es muy
considerable. Al igual que las
demás máquinas simples cambian
fuerza por distancias.
El plano inclinado se descubre por accidente ya que se encuentra en forma natural, el plano
inclinado es básicamente un triángulo donde su utiliza la hipotenusa, la función principal del plano
inclinado es levantar objetos por encima de la Horizontal.
Cuña
Es una maquina simple que consiste en una pieza con forma de triángulo
prismático, técnicamente es un doble plano inclinado móvil. Se utiliza
para separar o dividir cuerpos sólidos, o para ajustar un sólido con otro.
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Manipuladores
Se llaman manipuladores a los mecanismos que utiliza el robot para interactuar con un objeto a su
alrededor. Existen 3 mecanismo manipuladores elementales:
Barredora
El primer manipulador de objetos es la Barredora, consiste en
un mecanismo que aplica fuerza en un lado de un objeto, ya sea
apartándolo de un lugar o manteniéndolo para arrastrarlo a un
lugar en específico. Es el mecanismo manipulador más sencillo
de construir.
Pala
La Pala es un manipulador que aplica fuerza por debajo del objeto,
con el objetivo de levantarlo y transportarlo. Esta pala utiliza la
gravedad para mantener el objeto en su posición, cuando se levanta
o se baja.
Sujetador de Fricción
Un Sujetador de Fricción es, en pocas palabras, un mecanismo que
aplica fuerza en al menos dos lados del objeto, permitiendo que el
objeto sea sujetado. Es el manipulador que permite el mayor control
sobre un objeto.
Independiente de la categoría, estos manipuladores están
diseñados para controlar un objeto a la vez, cualquier
manipulador diseñado para coleccionar y/o mantener varios
objetos a la vez se denominan Acumuladores.
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Mecanismos de elevación
Grados de libertad
Antes de mencionar los diferentes sistemas de elevación, hay que definir el concepto de Grado de
Libertad. Un Grado de Libertad se refiere a la capacidad de un objeto de moverse en una sola
dirección de movimiento. Un objeto que tenga la capacidad de moverse en varias direcciones
significa que este tiene varios grados de libertad. Un grado de libertad equivale moverse de
izquierda a derecha, otro grado de libertad equivaldría moverse de arriba abajo; algo que pueda
moverse arriba, abajo, izquierda y derecha tiene DOS grados de libertad.
Un mecanismo de elevación es cualquier mecanismo dedicado a moverse para realizar tareas y/o
levantar objetos. En la competencia, existen 3 tipos de mecanismos de elevación: Rotatorios,
elevadores y enlaces.
Rotatorios
Un sistema rotatorio es el sistema más utilizado en las
competencias y sistemas móviles, estos son los sistemas
más simples mecanismos de elevación para diseñar y
construir. En VEX IQ, se puede construir con un eje, dos
engranes y un motor. Este tipo de mecanismo se mueve
en arco, cambiando la distancia de la posición que se
encuentra el objeto con relación a la base, y la orientación
de este objeto (en relación con el ambiente) a medida
que va subiendo.
Elevador lineal
Otro sistema de levantamiento utilizado en competencias y
sistemas móviles es un Elevador Lineal. No es tan común
como el Rotatorio, y utiliza un movimiento lineal para elevar
objetos. En VEX IQ, una forma de construir un elevador lineal
es con Soportes de Engranes y Deslizadores Lineales. Este
tipo de elevador se mueve en línea recta hacia arriba y abajo,
manteniendo la distancia de los objetos y la base del robot y
también la orientación de dichos objetos en la subida.
También se puede construir utilizando cadenas y piñones,
pero hay que tener en consideración la tensión de la cadena
para evitar problemas de funcionamiento.
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Enlaces
Los enlaces pueden ser utilizados para construir
Mecanismos de Levantamiento. Los enlaces consisten
en una serie de cuerpos rígidos llamados eslabones,
conectados juntos por uniones rotatorias libres. Los
Enlaces convierten un movimiento de entrada en un
movimiento de salida distinto y puede ser muy
consistente. Por ejemplo, el movimiento de entrada
puede ser un movimiento Rotatorio, pero el enlace
puede producir un movimiento lineal.
Estos son la base de todos los sistemas de elevación que existen, de aquí en adelante, se
mostrarán diferentes sistemas que entran en la categoría de enlaces y que pueden utilizarse para
VEX IQ
Enlace cuatro barras
Es uno de los sistemas más básicos de enlaces y más utilizados en
la competencia, este sistema provee una gran variedad de
movimientos dependiendo de su configuración. Al variar el largo
de cada eslabón, se puede cambiar el movimiento resultante. El
sistema más básico es el que tiene los eslabones paralelos y de
igual tamaño. Ideal para equipos que estan empezando en
robótica.
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Enlace seis barras
Es un mecanismo similar al de cuatro barras, pero
con diferencias en el diseño, ya que utiliza 3
eslabones paralelos en vez de 2. Este tipo de
mecanismo posee un eslabón central que
determina el largo del mecanismo, y sus
eslabones en paralelo complementan el largo del
eslabón central. Puede llegar a una mayor altura
que el mecanismo 4 barra, y es sencillo de armar
y reparar. Debido a la gran extensión que puede
alcanzar, es necesario tener un buen soporte y
contrapeso para evitar que el robot pierda el
equilibrio
Enlace 4 barras dobles invertidas
Este enlace es también bastante popular entre los competidores
para alcanzar grandes alturas, ya que consiste en 2 enlaces 4 barras
enlazados entre ellos que, bien sincronizados y construidos, puede
alcanzar alturas hasta 4 veces más alto que la altura inicial del
robot.
Para construirlo, se requiere tener 2 enlaces 4 barra iguales
(mismo largo de piezas y mismo radio de movimiento), un enlace
estará de base y el otro estará de extremo, el inicio del enlace de
extremo se conecta al final del enlace de base y los movimientos se
unen mediante engranes, con relación 1:1 y directos. Así cuando
suba la base, también sube el extremo y a la misma velocidad. Su
elevación es lineal, la carga levantada mantiene siempre su
orientación y puede alcanzar grandes alturas
Debido a la extensión de este mecanismo, requiere mucha fuerza
para operar, por lo que se suelen utilizar 2 motores y/o elásticos
para obtener “ventaja mecánica”, además, puede ser muy
desafiante diseñarlo, construirlo y repararlo. Solo para equipos experimentados
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Enlace tijeras
Quizás el mecanismo más utilizad en las industrias,
pero menos utilizado en competencias. Este enlace
utiliza uniones en X de giro libre para unir 2
eslabones, y utilizando el efecto de tijeras, varía la
altura a medida que va cerrando o abriendo los
eslabones. Combina un movimiento lineal para
levantar la estructura, sacrificando distancia para
ganar más fuerza. Además, utiliza un deslizador en la
base para mantener unido el mecanismo a esta y
permitir el movimiento para variar la altura.
Este sistema puede extenderse demasiado y se
comprime fácilmente, adaptándose a cualquier
almacenamiento, pero a medida que va
aumentando su altura, también se vuelve más frágil.
Para obtener una elevación eficiente, la carga debe estar sostenida en la parte superior del
sistema, si esta a uno de los lados, provocará que el sistema se incline y pierda estabilidad
Construirlo requiere muchas piezas iguales y repararlo es un gran desafío, pero bien desarrollado
puede ser un excelente mecanismo de elevación.
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Para terminar
Cuando uno ve una maquina terminada, uno no piensa que puede ser capaz de construirla por lo
complejo que se ve. Pero todo empieza desde cero, y realizar las cosas paso por paso permite
lograr mas cosas que uno se imagina. Mezclando las cosas básicas de forma correcta, se pueden
conseguir los mejores mecanismos, solo basta tener dedicación y paciencia.