MODELOS DEL MECANISMO INTERNO ANALIZADOS

2.2.2.1 Prototipo con mecanismo diferencial

Se inició el diseño del prototipo mediante el análisis de un mecanismo diferencial como eje para el movimiento de la estructura y mediante un conjunto de engranajes cónicos se realiza la construcción del sistema diferencial acoplado a un sistema de motores, bandas y poleas ubicados sobre una base suspendida por debajo de un eje horizontal que concentra el centro de masa en la parte inferior permitiendo que siempre se mantenga en esta posición de equilibrio como referencia para cualquier movimiento.

En la base suspendida se encuentran dos motores que acoplados a un sistema de bandas y poleas, permiten el control de los engranajes cónicos que componen el mecanismo diferencial como se puede ver en la Figura 2.17. Mediante el giro de los motores se controla la posición de la base suspendida de tal manera que al mantener fija la posición de un motor con el movimiento del segundo, se permita el giro de la base cambiando el centro de masa de la estructura y, por lo tanto, el movimiento de ésta al cambiar el sentido de giro del motor se obtiene la posición contraria de la base permitiendo obtener la dirección de la plataforma según la ubicación respecto a la posición de equilibrio, para mantener en determinada posición la base se requiere el movimiento de los dos motores en direcciones opuestas.

Figura 2.17: Prototipo con mecanismo diferencial

El tercer engrane cónico está acoplado al eje horizontal que ejecuta el movimiento de la esfera mediante el movimiento de los engranajes cónicos, respectivamente, de tal manera que al ejercer movimiento sobre éstos se consiga el movimiento de la esfera hacia adelante y atrás según el sentido de giro, en la Figura 2.18 se puede ver las partes del prototipo.

Los componentes electrónicos se ubican sobre la base situada en la parte inferior de la estructura, permitiendo que la cámara se ubique sobre el eje horizontal brindando visibilidad en todo momento. La dificultad de conseguir los engranajes para el mecanismo diferencial fueron la gran desventaja para la implementación del prototipo debido al tamaño y el número de dientes de éstos, así como el tamaño de las bandas que tienen una distancia corta entre los engranajes y los motores.

Figura 2.18: Partes del prototipo

2.2.2.2 Prototipo con unidad de manejo interna

En el interior de la estructura esférica se introdujo un dispositivo compuesto por tres ruedas que mantienen el apoyo sobre ésta, sujetas por una plataforma que contiene los componentes electrónicos para el movimiento mediante motores que controlan cada una de estas ruedas, el centro de masa se encuentra en medio de

la plataforma permitiendo que la posición de equilibrio esté en la parte inferior, de tal manera que las ruedas siempre estén apoyadas sobre la estructura.

Figura 2.19: Prototipo con unidad interna

Separadas por un ángulo de 120°, permiten el movimiento de la plataforma en todas las direcciones según el control de los motores, al mantener el movimiento de dos ruedas se obtiene el movimiento en la dirección que las dos ruedas giren según la ubicación de éstas, respectivamente. Al obtener solo tres direcciones de movimiento, con el control de dos motores, es necesario mover el tercer motor para girar la unidad de manejo interna, permitiendo obtener el giro de ésta y obtener un movimiento omnidireccional de la estructura esférica.

Figura 2.20: Partes del prototipo

La estabilidad en este prototipo no es eficiente, por lo que la ubicación de la cámara para la visión en tiempo real se hace inestable, obteniendo una imagen con movimiento. La cámara debe tener un control de giro según la dirección de la estructura permitiendo obtener siempre la imagen del recorrido. Al no tener un punto fijo de referencia no se puede obtener una dirección exacta, permitiendo

que, al tener un punto de contacto entre la estructura y la superficie cambie fácilmente de dirección.

2.2.2.3 Prototipo basado en el mecanismo de suspensión de cardán

Figura 2.21: Prototipo con suspensión de Cardán

El presente prototipo se desarrolló utilizando el principio de funcionamiento de un mecanismo de suspensión, compuesto por dos círculos concéntricos cuyos ejes están enlazados formando un ángulo recto permitiendo mantener la orientación del eje de rotación del circulo interior (Cardán Interior) aun cuando el eje del circulo exterior (Cardán exterior) se desplace como se puede ver en la Figura 2.21, de esta manera se permite obtener el movimiento hacia cualquier punto del espacio.

Figura 2.22: Partes del prototipo

Para la implementación de este mecanismo se cambia la forma del circulo concéntrico interior por una estructura que contenga los componentes electrónicos manteniéndola fija para el movimiento de la plataforma robótica, permitiendo mantener la cámara sobre ésta ayudando a obtener la visualización del movimiento que realice según la dirección, sujeto mediante servomotores

como ejes a un arco que cumplirá la función del circulo exterior. De esta manera se obtiene el movimiento hacia adelante o atrás según el sentido de giro de los servomotores; un tercer servomotor en la parte inferior forma el segundo eje que determina la dirección de la estructura hacia cualquier dirección.

2.2.2.4 Prototipo con péndulo suspendido

Considerando cada una de las ventajas que presentaban los anteriores modelos analizados, se procedió al diseño del prototipo considerando el movimiento de la plataforma robótica mediante un péndulo suspendido como sistema de locomoción, compuesto por un mecanismo de suspensión que contenga al péndulo en el centro de la esfera, el cual permitirá el giro mediante el control del mismo y el movimiento compuesto por servomotores que contienen a todo los componentes que se encuentran dentro de ésta. El péndulo suspendido contiene un peso en el extremo permitiendo el giro de la esfera mediante la fuerza ejercida por el peso y la dirección.

Figura 2.23: Prototipo con péndulo suspendido

La fuerza ejercida por la gravedad en el extremo del péndulo permite el movimiento del prototipo según la ubicación respecto al eje, el centro de masa se concentra por debajo del eje central formado por el peso total suspendido de tal manera que al no haber una fuerza externa mantendrá la posición de equilibrio dada por la gravedad como se puede ver en la Figura 2.24. Al aplicar una fuerza externa que permita el movimiento del péndulo saldrá de la posición de equilibrio y el centro de masa cambiará ejerciendo una fuerza sobre los servomotores que contienen las bases y el péndulo dando como lugar al movimiento de ésta.

Figura 2.24: Partes del Prototipo

Al contener el centro de masa por debajo del eje de la esfera se asegura que el mecanismo se mantenga siempre en la misma posición, obteniendo como resultado la visualización del horizonte por donde realice el desplazamiento el prototipo. Y mediante el control de los servomotores se consigue el desplazamiento del prototipo hacia las direcciones adelante y atrás, siendo necesario que el peso suspendido sea mayor que la fuerza que ejercen los servomotores para el movimiento.

La estructura interior mantiene el centro de masa en la parte central e inferior de tal manera que siempre se mantenga en la posición de equilibrio. Compuesto por una serie de bases que contienen los componentes electrónicos y la cámara para la visualización, el espacio que se tiene en este prototipo permite la ubicación de los componentes sin restricciones así como la estabilidad para el monitoreo del mismo, en la Tabla 2.8 se realiza la comparación con los prototipos mencionados anteriormente para su posterior implementación.

Tabla 2.8: Comparación características modelos de los prototipos

CARACTERÍSTICAS MODELOS DE PROTOTIPOS

PÉNDULO

SUSPENDIDO DIFERENCIAL MECANISMO UNIDAD DE MANEJO INTERNA

BASADO EN EL MECANISMO DE SUSPENSIÓN DE CARDAN

EFICIENCIA BUENO BUENO MALO BUENO

ESTABILIDAD BUENO BUENO MALO BUENO

VISUALIZACIÓN BUENO MALO BUENO MALO

CARACTERÍSTICAS MODELOS DE PROTOTIPOS

MOVIMIENTO REGULAR BUENO REGULAR REGULAR

GIRO BUENO REGULAR REGULAR REGULAR

MANIOBRABILIDAD REGULAR BUENO MALO REGULAR

CONTROL BUENO REGULAR REGULAR BUENO

NOTA: La comparación se realizó basándose en los estados bueno, regular y malo.

Por todas las ventajas que presenta este prototipo sobre los anteriores, se procede al diseño y construcción del mismo, aprovechando las características geométricas y físicas que presta para su desarrollo.