Diseño de la arquitectura mecánica

Una vez ya elegido los dispositivos y los materiales a utilizar, es necesario diseñar la estructura de acuerdo a los requerimientos. Inicialmente se diseña un boceto general y se lo transfiere a un software para garantizar el correcto funcionamiento y encontrar algunos datos proporcionados por el programa; en este caso se ha elegido SOLIDWORKS, una de las herramientas más utilizadas a nivel profesional por sus amplias funciones y excelentes resultados.

2.3.5.1 SOLIDWORKS

Es un software de diseño 3D que construye virtualmente piezas o conjuntos, el proceso está en trasferir el diseño en papel en un sistema CAD (diseño asistido por computadora) mediante diferentes funciones. Una de sus principales herramientas es la de poder realizar planos técnicos de manera automática como otro tipo de ayuda o información utilizada en el ámbito de la producción. Es aplicado en diferentes áreas como robótica, biomedicina, arquitectura, etc.

2.3.5.2 Desarrollo

Para iniciar el diseño de la estructura mecánica es necesario crear un boceto en una hoja de papel, tomando en cuenta: las medidas generales (alto, ancho y longitud), las restricciones (desplazamiento mecánico, peso de soporte y distancias) y las partes que componen al emulador y sus dimensiones (asiento, volante y pedales). Para el diseño en SolidWorks es necesario ir desglosando cada mecanismo:

Primero se realiza el mecanismo para los motores teniendo en cuenta sus movimientos, para ello se basa en el mecanismo de la biela manivela, el cual consta de una barra rígida llamada biela acoplada a un elemento rotatorio dominado manivela (mostrados en la Figura 4-2), de forma que, al rotar la manivela se fuerza a la biela a avanzar y retroceder continuamente formando un movimiento de traslación, cabe recalcar que el principio es reversible. (Lajas, 2003)

Figura 4-2 Mecanismo biela manivela Fuente: (Lajas, 2003)

La velocidad de traslación y de rotación se encuentran relacionadas cuando están en movimiento, en la Ecuación 1-2 se visualiza su fórmula.

Ecuación 1-2: Ecuación de relación entre la rotación y traslación

V = w*d

Donde=

V= Velocidad de traslación w= Velocidad de rotación d= Longitud o distancia

El diseño de la estructura para los motores se lo realiza en el software paso a paso: se crea el croquis de acuerdo a las medidas establecidas y se elige el material con el cual se va a trabajar. En la Figura 5-2 se puede visualizar el diseño estructural del motor en Solidwork. Y en el Anexo B los planos del mismo.

A continuación, se realiza el diseño del chasis (base), donde se toma en cuenta la forma de la base que se desea, en este caso se realizó en forma triangular debido a que son tres actuadores los que trabajan; en cada etapa es necesario encontrar el centro de gravedad o de masa, mismo que es proporcionado por el programa o para la base triangular también se puede encontrar con la ecuación 1-2 basada en la Figura 6-2 mostradas a continuación:

Figura 6-2 Centro de gravedad de un triángulo Fuente: (Lajas, 2003)

Ecuación 2-2: Ecuación para hallar el centro de masa de un triángulo

X1+ X 2 + X 3 Y1+ Y 2 + Y 3

G = ( , )

3 3

Donde:

G= Centro de gravedad o baricentro (X1, Y) = Valores de la primera coordenada (X1, Y2) = Valores de la segunda coordenada (X1, Y3) = Valores de la tercera coordenada

Al igual que el mecanismo anterior se elige el material con el que se va a trabajar en este caso es acero estructural negro con sus medidas correspondientes, en este caso en las medias del triángulo se ha colocado unos refuerzos para en caso de exceder el peso no exista ninguna deformación de la base, siendo la parte más importante ya que sujeta todo el prototipo. En la Figura 7-2 se observa la estructura de la base triangular. Y en el Anexo C los planos de la misma

Figura 7-2 Diseño de la base triangular en SolidWorks

Realizado por: Robayo Cristina, 2019

Terminada la parte de la base para los motores se inicia la representación de la representación del asiento (comprado previamente), el mismo que se expone en la Figura 8-2 y en el Anexo D de forma completa; es necesario medir sus dimensiones exactas (largo, ancho, altura, etc.), el tipo de material y el peso aproximado del usuario, ya que de ello depende el éxito del mecanismo donde irá asentado, cabe recalcar que la precisión de esta parte es crucial para el desarrollo general del emulador ya que proporciona dimensión y resistencia a su chasis.

Figura 8-2 Representación del asiento en SolidWorks Realizado por: Robayo, Cristina; 2019

Seguido, se realiza el mecanismo donde se asienta los pedales y el volante de igual forma es necesario tener las medidas puntuales de los dispositivos de mando, ya que como el emulador está expuesto a fuertes movimientos puede producir algún daño.

ya que de ello dependerá la longitud y altura entre el asiento, los pedales y el volate para garantizar

la comodidad de los usuarios. Cabe recalcar que el asiento del emulador es regulable. En la Figura 9 -2 se observa el ensamble de la parte del asiento y dispositivos de mando y en el Anexo

E los planos completos

Figura 9-2 Ensamble del asiento y dispositivos de mando

Realizado por: Robayo, Cristina; 2019

Para garantizar el buen funcionamiento del sistema integral de emulación se ha realizado una estructura que recubrirá la base de los motores y la parte electrónica (placas, baterías, etc.) del sistema integral. En la Figura 10-2 se muestra la caja diseñada en SolidWorks y en Anexo F los planos completos.

Figura 10-2 Estructura de protección Realizado por: Robayo, Cristina; 2019

Por último, al identificar los centros de gravedad de cada uno de los mecanismos (base de los motores y base del asiento) y simular el peso de una persona, se procede al ensamble del prototipo en general, diseño que se visualiza en la Figura 11-2 y en el Anexo G los planos completos

Figura 11-2 Ensamble total del emulador Realizado por: Robayo, Cristina; 2019