Creación de un prototipo de un robot cuadrado: 14 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En mi clase de humanoides basada en proyectos en la Universidad Carnegie Mellon, elegí diseñar y hacer un prototipo de un robot de entrega simple. En aras de poder fabricarlo de forma económica y rápida, el diseño era cuadrado y pequeño. Una vez que aprenda a hacer una caja con un cortador láser, las posibilidades se vuelven infinitas para las otras cosas que puede hacer usando los mismos principios. Este tutorial lo llevará paso a paso a través del proceso de diseño y creación de prototipos de mi cuerpo, con muchas imágenes y capturas de pantalla a lo largo del camino.

Este diseño tiene 1 compartimento destinado a guardar objetos como libros de texto y pilas de papel de aproximadamente 8.5 "x 11". Hay un pequeño margen de maniobra en el diseño, por lo que no debería quedar bien ajustado. Debajo del compartimento hay espacio para la electrónica. Este espacio puede acomodar controladores de motor, placas Arduino, placas de prueba, chips Bluetooth, etc. El área a la derecha del compartimento está reservada para un mecanismo de apertura que no se tratará en este tutorial.

Paso 1: software, hardware y materiales

Software:

Para diseñar su prototipo de robot cuadrado, debe utilizar un programa CAD de su elección. Usé SolidWorks porque estaba disponible para mí en mi universidad. Otra opción para quienes no tienen acceso es Autodesk Inventor, que es gratuito para los estudiantes con una dirección de correo electrónico.edu.

Trabajo solido

Inventor de Autodesk

Este tutorial se realizará en SolidWorks, pero aún debería ser fácil de seguir para otros programas CAD.

Para formatear y enviar archivos a corte láser, usé CorelDraw.

CorelDraw

Hay muchos otros programas que son compatibles con muchos otros cortadores láser.

Hardware:

Usé una cortadora láser Epilog Legend 36EXT 50W. Hay muchas otras cortadoras láser en el mercado, pero esta sirvió mejor a mis necesidades en términos de área de grabado, velocidad y calidad resultante.

Especificaciones técnicas de Epilog Legend

Materiales:

• 2x lámina acrílica (.1 "x24" x30 ")
• Motores 4x DC
• 4x soportes de motor
• 4x ruedas
• Pistola de silicona
• Pegante de barra
• Rotulador para pizarra blanca
• Cajas de cartón (pequeñas y medianas)
• USB

Usé láminas acrílicas transparentes OPTIX que encontré en la tienda de arte de mi universidad. Puede comprarlo en línea aquí o usar cualquier otro acrílico que tenga en sus manos.

Usé ruedas Mecanum con motores y soportes de motor de un kit RobotShop básico que ahora está agotado. Un kit similar (y mucho más caro) todavía está disponible aquí. Cualquier rueda funcionará, las ruedas Mecanum simplemente cumplieron mi propósito de manera más efectiva.

Paso 2: Partes

Para crear el mismo prototipo de robot cuadrado que hice, necesitará las siguientes partes:

• 1x distancia entre ejes
• 1x top
• 1x espalda
• 1x lado izquierdo
• 1x lado derecho
• 1x fondo del compartimento
• 1x compartimento lateral

Todas estas partes se conectarán entre sí mediante pestañas y orificios. Estas pestañas deben tener el ancho del grosor del material. En mi caso, usé acrílico de.1 ", por lo que mis pestañas y agujeros eran todos de.1" de ancho. Si sus pestañas o agujeros no tienen el tamaño correcto, ¡sus piezas no encajarán perfectamente!

Paso 3: CAD de distancia entre ejes

Las ubicaciones y dimensiones de los soportes de motor y los orificios de cableado cambiarán según los tipos de soportes de motor y motores que tenga. Por lo tanto, no se dan en estos dibujos.

Los orificios de cableado le permiten serpentear los cables del motor en el área debajo del compartimiento donde se ubican los componentes electrónicos. De esta manera, puede alimentar y controlar sus motores sin arrastrar sus dispositivos electrónicos por el suelo.

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 4: CAD superior

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 5: CAD posterior

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 6: CAD del lado izquierdo

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 7: CAD del lado derecho

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 8: CAD de la parte inferior del compartimento

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 9: CAD lateral del compartimento

Recuerde que si su material no tiene.1 de grosor, ¡sus dimensiones no serán las mismas!

Paso 10: Crear un DXF

Antes de continuar con este paso, puede ser útil hacer un ensamblaje de SolidWorks para asegurarse de que todas las dimensiones sean correctas y que todas las piezas encajen.

Ahora que tiene todos sus archivos CAD, debe prepararse para cortarlos con láser. La mayoría de las cortadoras láser utilizan un archivo.dxf, que es un archivo que contiene datos vectoriales. El cortador láser seguirá estos vectores para cortar sus piezas. A menudo, las cortadoras láser se conectarán a computadoras independientes con funcionalidad restringida. Puede ser útil o incluso necesario guardar sus archivos DXF en una unidad USB para acceder a ellos desde estas computadoras.

Para cada parte, repita los siguientes pasos:

• Haga clic en "Archivo"
• Haga clic en "Guardar como".
• Navegar al destino USB
• Haga clic en "Guardar como tipo".
• Haga clic en "Dxf (*.dxf)"
• Clic en Guardar"
• Haga clic en "Ver orientación" (1)
• Haga clic en la cara de la parte que desea que corte el láser (2)
• Marque la casilla "Actual" (3)
• Haga clic en la marca de verificación verde (4)
• Clic en Guardar"

Adjunté mis DXF a continuación.

Paso 11: formateo en CorelDraw

Abra CorelDraw. Desde la pantalla de inicio, haga clic en "Archivo", luego en "Nuevo". En la ventana que aparece, asigne un nombre a su archivo de CorelDraw. Llamé a mi archivo boxy robot1 porque crearé un archivo para cada hoja de acrílico que tenga que cortar. Establezca los campos "Ancho" y "Alto" en las dimensiones correctas de su lámina acrílica y asegúrese de que las unidades estén en pulgadas. Haga clic en Aceptar".

Aparecerá un documento en blanco en su pantalla. Haga clic en "Archivo", luego en "Abrir". Seleccione todos los archivos DXF que ha creado para este proyecto y haga clic en "Abrir". Aparecerá una ventana adicional para cada archivo. En "Unidades", seleccione "Inglés" y luego "Aceptar" para todas las ventanas. Todas sus partes ahora estarán abiertas en pestañas separadas.

Notará que hay una marca de SolidWorks en la parte inferior de cada pieza. Para eliminar esto, haga clic en uno de los cuadros de texto, mantenga presionada la tecla "Shift" en su teclado y haga clic en el otro cuadro de texto. Deben aparecer asas en las esquinas. Presione la tecla "Eliminar" y deberían desaparecer. Haga esto para todas sus partes.

Una vez eliminada la marca de SolidWorks, vuelva a su primer DXF. Comenzando fuera de la esquina superior izquierda de la pieza, haga clic con el mouse y arrástrelo fuera de la esquina inferior derecha. Un cuadro de línea discontinua seguirá a su mouse mientras lo arrastra. Esta es una herramienta de selección. Asegúrese de que la caja encierre completamente todas las líneas de su pieza. Si comete un error, presione la tecla "Escape" para eliminar su selección y vuelva a intentarlo.

Una vez que se selecciona toda la pieza, notará muchos controladores alrededor de cada línea. Para evitar tener que mover y formatear estas líneas por separado, haga clic en el botón "Agrupar" en la cinta superior. Esto te permitirá arrastrar todas las líneas a la vez.

Mientras tiene la parte seleccionada, cópiela. A continuación, vuelva a su archivo robot1 cuadrado vacío y péguelo. Colóquelo en la esquina superior izquierda con márgenes de al menos 1/8 "alrededor de los bordes. Repita este proceso con tantas partes como quepan en su primera hoja de acrílico. Asegúrese de que todas las partes tengan márgenes de al menos 1/8" por todos lados.

Seleccione todas las partes del documento. En la cinta superior, seleccione el menú desplegable de grosor de línea y elija "Rayita". Esto le dice al cortador láser que desea cortar las líneas en lugar de grabarlas.

Utilice el mismo proceso para colocar todas las partes restantes en su segunda hoja de acrílico.

Paso 12: Parámetros del cortador láser

Haga clic en "Archivo", luego "Imprimir". Esto abrirá un cuadro de diálogo similar al de imprimir un documento de Word normal. Notará que en la pestaña superior derecha hay un mensaje que dice "1 problema". Después de configurar correctamente los parámetros de la cortadora láser, esto debería resolverse y decir "No hay problemas".

Seleccione su cortadora láser como impresora. Luego, haga clic en "Preferencias" junto a él.

La siguiente ventana es el software Epilog. Aquí hay varios pasos, pero el orden no importa. ¡Solo asegúrate de conseguirlos todos!

• Marque "Enfoque automático" en la sección "Opciones"
• Seleccione "Vector" en la sección "Tipos de trabajo" ("Ráster" es para grabar)
• Establezca los campos "Ancho" y "Alto" en la sección "Tamaño de la pieza"
• Establecer la "Velocidad" al 15%
• Establezca la "Potencia" al 100%
• Establezca la "Frecuencia" en 5000 Hz

Los ajustes de Velocidad, Potencia y Frecuencia se recomiendan para acrílico de 1/8 de espesor en el manual de la cortadora láser. También se enumeran otros espesores y otros materiales.

Manuales de Epilog

Haga clic en Aceptar". Debería regresar a la ventana de impresión. La pestaña superior derecha ahora debería decir "Sin problemas". Si aún muestra problemas, verifique sus preferencias nuevamente. Una vez que no se encuentren problemas, haga clic en "Imprimir".

Paso 13: Proceso de corte

Usé madera y diseños de otro proyecto para estas fotos de ejemplo porque el acrílico transparente es prácticamente invisible debajo de la tapa de vidrio de la cortadora láser.

Una vez que el documento se envía a la cortadora láser haciendo clic en "Imprimir", muévase a la cortadora láser. Localice la válvula de aire comprimido y asegúrese de que esté encendida. Además, asegúrese de que la cortadora láser esté encendida. Abra la tapa y coloque su acrílico en la esquina superior izquierda. Este es el origen o punto (0, 0) del área de la cortadora láser. Cierre la tapa del cortador láser. En la pequeña pantalla frontal, debería ver el número y el nombre de un trabajo. El nombre del trabajo debe coincidir con el nombre del documento de CorelDraw que envió. Si los nombres no coinciden, asegúrese de que la cortadora láser esté conectada correctamente a la computadora y repita el proceso de impresión. Presione el botón verde "Ir" una vez que haya verificado que tiene el trabajo correcto en la pantalla. El láser debe moverse sobre su material y enfocarse automáticamente. Una vez enfocado, se moverá a su primera ubicación y comenzará a cortar. No deje su cortadora láser desatendida.

Dado que los valores de Velocidad, Potencia y Frecuencia de las cortadoras láser solo se recomiendan, es posible que deba cortar más de una vez para cortar completamente el material. Es CRUCIAL que no mueva su material ni mueva ninguna línea en CorelDraw. Si lo hace, ¡el corte podría arruinarse! Lo único que cambiará son los ajustes de Velocidad y Potencia. Después del corte inicial, desea realizar pases más rápidos y menos potentes.

Para pasadas posteriores, aumente la velocidad en un 10% y disminuya la potencia en un 10%. Continúe haciendo pases hasta que vea que todas las piezas recortadas se han "caído" o "caído". Esto indicará que todas las partes se han cortado completamente y que no tendrá dificultad para quitarlas. Una pieza completamente cortada caerá ligeramente por debajo del nivel de las piezas sin cortar.

Tenga en cuenta que cuando el láser golpea el área de grabado cuando atraviesa todo el material, puede generar chispas o destellos brillantes. No se sorprenda, pero esté preparado para pausar el cortador láser si el material es altamente inflamable porque puede incendiarse. Hay dos formas de detener la cortadora láser. El botón rojo detiene el corte y apaga el láser, pero permanece en su lugar. El trabajo se puede reanudar presionando el botón verde. El botón de reinicio detiene el corte, apaga el láser y cancela completamente el trabajo. Esto significa que el láser vuelve al origen y debe reiniciar su corte por completo.

Una vez que esté seguro de que sus piezas han sido completamente cortadas, retírelas del cortador láser y repita según sea necesario hasta que todas las piezas estén cortadas.

Paso 14: Montaje

¡Ensamblar estas piezas es un poco como hacer un rompecabezas! Algo que encontré útil antes de calentar la pistola de pegamento caliente fue usar un marcador de pizarra para marcar qué pieza era cuál y qué lado estaba hacia arriba o hacia abajo. Luego ensamblé sin apretar todas las piezas sin pegamento, solo para verificar que todo encajara correctamente.

Cuando uses pegamento termofusible, asegúrate de trabajar sobre un material de sacrificio como cartón o madera de desecho. El pegamento caliente puede arruinar muchas superficies como alfombras, manteles o superficies de mesas.

Empiece por el lado derecho y por la espalda. Empuje el pegamento caliente con moderación dentro de los agujeros traseros de la pieza derecha. Empuje las lengüetas del lado derecho de la pieza trasera en los orificios de la pieza derecha. Usa una caja de cartón para asegurarte de que estén en ángulo recto y deja que el pegamento se seque.

A continuación, use la pieza del lado izquierdo y repita el mismo proceso con los orificios del lado izquierdo y las pestañas traseras a la izquierda. Nuevamente use la caja de cartón para asegurarse de que las piezas estén en ángulo recto.

A continuación, tome el fondo del compartimento. Extienda pegamento caliente con moderación dentro de los orificios centrales del lado izquierdo y los orificios centrales traseros. Empuje las pestañas inferiores del compartimento en estos orificios. Apoye la parte inferior del compartimento en una caja de cartón para asegurarse de que esté nivelada. Deja que el pegamento caliente se seque.

¡Casi termino! Tome el lado del compartimiento y coloque pegamento caliente con moderación en los orificios inferiores del lado del compartimiento y en los orificios verticales traseros. Coloque el lado del compartimento en los orificios y pestañas correspondientes y deje que el pegamento caliente se seque.

Finalmente, toma la pieza superior. Extienda pegamento caliente con moderación en todos los agujeros de la pieza superior. Empuje la pieza superior sobre las lengüetas de ajuste y deje que el pegamento caliente se seque.

Por separado, siga las instrucciones de montaje de sus ruedas, soportes de motor y motores. Adjunte las piezas ensambladas a su distancia entre ejes.

Teniendo mucho cuidado de que no entre pegamento caliente en las ruedas o motores, inserte pegamento caliente en todos los orificios de la distancia entre ejes. Tome el compartimento izquierdo, derecho, posterior, superior y ensamblado y empújelo en los orificios de la distancia entre ejes.

¡Ahora tienes tu propio robot cuadrado!

Aquí hay algunos tutoriales útiles sobre cómo continuar con este proyecto alimentando y conduciendo los motores usando Arduino:

Controla un motor de CC con un Arduino

Controladores de motor con Arduino

¡Gracias por leer! ¡Publique cualquier pregunta o consejo que pueda tener y diviértase haciendo!