Tutoriales CAD#
Tutorial CAD Parte 1 - Chasis en una hora#
Elegir el chasis#
Después de aprender el programa CAD de su elección, determine los requisitos necesarios para chasis en función del juego actual. Los equipos deberían optar por el chasis que mejor funcione en el trazado de ese campo específico.
Por ejemplo, en Relic Recovery (2017-2018) un chasis requería precisión no solo para agarrar glifos del foso central, sino también para alinearse contra la criptocaja. Así, las ruedas mecanum y una sección central ancha del robot resultaron ser una ventaja frente a una tracción de tanque de 6 ruedas. (Sin embargo, hay que señalar que, con suficiente práctica y conductores competentes, cualquier chasis puede ser competitivo hasta cierto punto).
Después de seleccionar un chasis, determina el número de motores. Ten en cuenta que el límite de ocho motores es una molestia que no debe ser ignorada. Una buena regla general es utilizar cuatro motores para la conducción y cuatro motores para los otros mecanismos (por ejemplo, intakes, deslizadores lineales, brazo, etc.). Para la mayoría de los juegos modernos de FTC®, necesitas un mínimo de 7 motores para ser altamente competitivo, aunque 8 es una buena regla general.
Diseño de las Placas del Chasis#
Después de aprender el software CAD, es hora de empezar el diseño propiamente. He aquí algunas cosas que hay que tener en cuenta antes de empezar:
Tipo de conducción (mecanum, 6wd, 8wd, etc.)
Número de motores (se recomiendan cuatro motores en la mayoría de los casos)
Para simplificar, este ejemplo utiliza una tracción en tanque de 4 ruedas con cuatro motores. Las ruedas seleccionadas son 2 ruedas Colson para tracción, y 2 ruedas omni para ayudar en el giro.
Primero, has la placa lado izquierdo. Después de completarlo, todo lo que tienes que hacer es reflejar el lado izquierdo al derecho, por lo que no tienes que hacer cada lado individualmente. Empieza con un boceto 2D de todo antes de intentar extruir y hacer objetos 3D reales.
Esto es un dibujo de la placa interior de la base de accionamiento. Todo debe trazarse en un dibujo 2D para determinar los orificios de montaje, agujero de eje, distancia de centro a centro, etc. Los croquis 2D son extremadamente útiles y muy recomendables en cualquier proyecto. Una vez realizado el croquis, todo lo demás encaja y resulta bastante sencillo.
Después de esto, extruir ese boceto en la primera placa del chasis. Normalmente, el grosor estándar de la placa de aluminio es de un 1/8 de pulgada También se pueden utilizar placas más finas ( un 3/32 de pulgada), pero la mayoría de los equipos suelen utilizar placas de un 1/8 de pulgada. Extruir la placa a ese espesor. A continuación se muestra el boceto después de la extrusión.
El siguiente paso será hacer la placa exterior para la base del chasis. Es aún más rápido de hacer que la interior. Para ello, basta con crear una nueva pieza. Vuelve a tu placa interior e inicia un boceto 2D.
Tras iniciar el nuevo boceto en la placa interior, pulsa «Proyectar geometría» y haz clic en cualquier parte de la pieza. Debería resaltar todos los contornos de la pieza. (Aquí se muestra una línea amarilla; la tuya puede ser roja, azul o de otro color.) Ahora haz clic y arrastra a través de la pieza seleccionando cada línea en la pantalla. Ahora pulsa CTRL + C, luego ve a la nueva pieza y pulsa crear un dibujo 2D. A continuación, pulsa CTRL + V.
Debe parecer una copia exacta de la placa interior pero ahora como un boceto. Elimina los soportes del motor del centro y extruye la placa exterior.
Este es el aspecto de la placa exterior, una copia casi exacta de la interior sin los agujeros para los motores. Ahora con esas dos placas hechas, es realmente sólo el momento de montar el resto del chasis, que es, con mucho, el que más tiempo consume. Ahora, para obtener información sobre lo que se debe utilizar para unir las dos placas, por lo general standoffs o churros es muy recomendable. Para unir las dos mitades del chasis, se puede utilizar u canal, extrusión o una abrazadera en U personalizada. Algunos equipos prefieren una abrazadera a medida, ya que es una buena manera de endurecer el chasis y requiere muy poco mantenimiento a lo largo de la temporada. Es posible utilizar extrusión de cacahuete o canal de kit, que alternativamente funciona igual de bien.
Tener en cuenta que cuando se utiliza un chasis personalizado, puede recortar material de sus placas del chasis. Este proceso se llama pocketing. Aunque no es un paso vital, el pocketing ayuda a ahorrar peso. Sin embargo, se debe tener cuidado de no quitar demasiado material; si lo hace, las placas se vuelven menos resistentes. Más información sobre el pocketing en la siguiente sección.
Consideraciones Adicionales#
El accionamiento de las ruedas puede hacerse de maneras diferentes: mediante correas y poleas, cadenas y piñones, engranajes o incluso directamente desde el motor. La transmisión directa y las cadenas son las opciones más sencillas, ya que la transmisión directa no necesita una distancia calculada, sólo hay que colocar el motor exactamente en el centro de la rueda. Las cadenas permiten un poco de holgura al no necesitar una distancia exacta de centro a centro en la envoltura como hacen las correas y las poleas. Por último, los engranajes deben estar a cierta distancia unos de otros para engranar correctamente y no saltar o atascarse.
El montaje de los motores se realiza en un estilo de placa mediante el montaje frontal del motor en la placa de transmisión más interna. También puede hacerse montando los motores en una 3era placa, situada entre el exterior y el interior. Esto permite que el motor ocupe menos espacio en el centro del robot, pero añade complejidad. Los motores siempre deben estar lo más abajo posible y dependiendo de dónde quieras el centro de masa, en el centro o hacia la parte trasera del robot. También conviene tener en cuenta el tipo de transmisión de potencia y la conveniencia de hacerlo en función de la colocación del motor.
La distancia al suelo depende de si hay obstáculos en el campo, así como de lo que tu equipo quiera hacer en ese partido con respecto a dichos obstáculos.
Por ejemplo, en Rover Ruckus algunos equipos con una configuración tanque en su chasis decidieron entrar en el cráter. Por lo tanto, dejaron espacio suficiente para no vararse encima del cráter, un error común que suelen cometer los equipos inexpertos.
Otros equipos decidieron ignorar la conducción sobre el cráter y optaron por alcanzarlo con un brazo o un sistema de deslizamiento, lo que significaba que no necesitaban mucha distancia al suelo para su base de su chasis.
Normalmente, desde .25 pulgadas (0.7 centímetros) de espacio libre hasta .5 pulgadas (1.3 centímetros) (si quieres estar seguro) en un campo completamente plano permitirá que el peso del robot se empuje hacia las baldosas de espuma. Nada más del robot debe tocar el suelo.
Algo que puedes hacer es colocar el robot en CAD sobre un terreno. Coloca obstáculos como el cráter y simula la conducción sobre el cráter moviéndolo como crees que lo haría en el mundo real.
Si alguna de las placas se cruza con el obstáculo, añade algo más de espacio libre para que no quedes varado como una triste ballena.
Una regla general para la mayoría de los equipos es que cuanto más amplia sea la entrada, mayor será la posibilidad de recoger la ficha de juego. Sin embargo, esto depende mucho del juego. Si necesitas recoger un cubo de 6 pulgadas, como en Relic Recovery, no necesitarás 14 pulgadas de espacio para la entrada.
Sin embargo, si necesitas recoger una bola como en Velocity Vortex, cuanto mayor sea la entrada más posibilidades tendrás de agarrar las bolas. Ten esto en cuenta al diseñar las cápsulas de propulsión: intenta que sean lo más finas posible sin sacrificar rigidez y resistencia para maximizar el espacio para otros mecanismos y cableado.
Conectar las dos placas es muy sencillo. Algunos separadores o churro extrusión de AndyMark es una manera relativamente fácil de conectarlos entre sí con unos pocos tornillos. Sólo tienes que hacer unos agujeros de 1/4 pulg. en tu boceto donde quieres que esté el tubo de churro. Decide la longitud que debe tener el churro. Recuerda dejar suficiente espacio entre las placas para tus ruedas, poleas, piñones y espaciadores. No es necesario que te pases con el número de separadores que necesitas entre las placas; sin embargo, colócalos en lugares estratégicos donde se necesite apoyo.
A continuación, se muestra una cápsula de conducción, que es la mitad del chasis, incluyendo los ejes, rodamientos, ruedas, motores, correas, etc. En resumen, la cápsula de conducción tiene todo lo que se construirá en la vida real. Esta en particular es la parte izquierda, pero para crear un plano de desplazamiento en el lado derecho, selecciona la herramienta de espejo y luego presiona espejo.
Después de reflejar la cápsula de conducción para hacer su lado opuesto, conectar las dos mitades juntas y ya terminaste con el chasis. A continuación, se muestra una representación del chasis completo en CAD.
Tutorial CAD Parte 2 - Guía de Pocketing#
Término
- Pocketing#
«Pocketing» es un término común en la jerga de FTC y FRC que se refiere a recortar el exceso de material de una pieza diseñada con CAD. El Pocketing ayuda a reducir el peso y puede aumentar la resistencia de una pieza. Esto puede parecer contradictorio (¿cómo puede reforzar una pieza la eliminación de material?), pero el pocketing puede reducir la acumulación de tensiones, especialmente en las esquinas.
El Pocketing se ve a menudo en las placas de metal del chasis que serán maquinadas por CNC. En FRC, el pocketing se utiliza a menudo para reducir el peso de los tubos rectangulares de aluminio.
Hay varias formas de maquinar cavidades en el material: trituración, enrutamiento, corte por chorro de agua, corte por láser e incluso taladrado manual. Dependiendo de su acceso a las herramientas, el pocketing puede resultarle más o menos difícil.
El fresado y enrutamiento CNC son excelentes para hacer pocketing en tubos de aluminio, mientras que el corte por chorro de agua y láser son excelentes para hacer pocketing en placas. Ya sea en tubos o placas, el diseño es bastante similar.
Al diseñar pockets, es importante tener en cuenta el tipo de material, el grosor y la tensión a la que estará sometida la pieza. Los materiales más débiles, más finos o sometidos a una tensión mayor deben tener un pocketing menos «agresivo» y los materiales más fuertes, más gruesos o sometidos a menos tensión pueden tener un pocketing más «agresivo». El pocketing agresivo se refiere a la cantidad de material eliminado de la pieza en bruto (más agresivo = más material eliminado).
Aunque es un poco complicado de entender, el AEF (análisis de elementos finitos) puede utilizarse para determinar el grosor adecuado de los puntales con el pocketing. El AEF también puede utilizarse para generar la geometría del pocketing, pero eso es algo totalmente distinto.
731 Wannabee Strange, Rover Ruckus, FEA de la placa del chasis interna#
Diseñar pocketing concisos y ventajosas es tan sencillo como dibujar círculos y líneas tangentes. Los pockets paramétricos pueden definirse mediante uno o dos valores de desplazamiento. Los valores de desplazamiento determinan el grosor del material restante.
Paramétrico significa que todo el sketch está definido por un parámetro, en este caso es el valor de desplazamiento que cuando se ajusta ajustará automáticamente todo el sketch (en términos de espesor del material).
Hay varias referencias que se pueden dibujar en cada placa/tubo, que son los agujeros de los tornillos, los agujeros de los cojinetes y las esquinas. Cada referencia tendrá su propio círculo de construcción/esbozo o dos. Idealmente todos los círculos de construcción son uno de menos de 4 tamaños para mantener el pocketing consistente y simple.
En primer lugar están los círculos de construcción del agujero del tornillo con el radio del agujero del tornillo más el valor de desplazamiento. A continuación, los orificios de apoyo con el radio del radio del orificio de apoyo más el valor de desplazamiento. Luego están los bordes con círculos de construcción con el radio de un valor de desplazamiento. Luego están los círculos más importantes en cada uno de los agujeros de tornillo y cojinete, que definirán el grosor del puntal.
Los círculos en el centro de cada tornillo y agujero de cojinete tendrán el diámetro de un valor de desplazamiento. Después de dibujar todos los círculos de construcción, se pueden dibujar las líneas tangentes para crear la geometría de las cavidades. El uso del valor de desplazamiento paramétrico facilitará el ajuste del grosor del puntal con sólo cambiar uno o dos valores.
Se trazan líneas tangentes entre los círculos de los bordes con otros círculos de los bordes y entre los círculos del centro de cada agujero de cojinete y tornillo. Los círculos con el radio del orificio del cojinete y del orificio del tornillo más el valor de desplazamiento garantizan que haya suficiente material alrededor de los orificios del cojinete y del tornillo. A continuación, se muestra un ejemplo.
731 Wannabee Strange, Cadatón VCC de verano de 2019, placa de mecanismo exterior.#
El último paso en el pocketing es añadir redondeos a todas y cada una de las esquinas, especialmente las interiores. Los redondeos alivian la tensión acumulada en las esquinas y facilitan el maquinado. Algunas máquinas, como fresadoras y enrutadores, tampoco pueden mecanizar esquinas internas estrechas. Para las piezas que necesitan una pérdida mínima de rigidez y mucho más tiempo de mecanizado, no es necesario cortar las cavidades por completo.
Las cortadoras de chorro de agua<Waterjet cutter> y las cortadoras láser<Laser cutter> solo pueden cortar el material completamente, pero los enrutadores y fresadoras pueden crear bolsillos en la superficie. Estos bolsillos no atraviesan completamente el material y son mucho más rígidos que el pocketing a través.
El inconveniente es el aumento del tiempo de maquinado. El aumento de tiempo se debe a la trayectoria de corte de la herramienta «cortadora de césped» en lugar de simplemente cortar los bordes de la geometría. También es más difícil de mecanizar, porque se muele más material y la expulsión de virutas es más importante.
Ejemplo de embolsado en superficie#
Si no tiene acceso a ninguna herramienta de precisión, un taladro de mano/una prensa de taladrar y una broca grande/una broca de fondo plano pueden crear cavidades en el material. Aunque esta es la forma más sencilla de pocketing, hay una forma sencilla de optimizar el método de taladro circular.
Dado que el objetivo principal del pocketing es eliminar la mayor cantidad de material posible sin sacrificar significativamente la estabilidad estructural, los orificios deben perforarse en posiciones específicas con la broca del tamaño adecuado.
La forma más eficaz de encontrar las posiciones específicas y los tamaños de las brocas es crear primero un diseño de pocketing de cómo se haría con círculos y líneas tangentes. A continuación, dibuje orificios tangentes a los puntales creados por los círculos y las líneas tangentes. A continuación, se muestra un ejemplo con la naranja como los agujeros para perforar colocados tangencialmente a los bordes embolsados regulares.
Ejemplo de método óptimo de pocketing/perforación#
A pesar de que puede parecer un desastre al azar y puede tomar un poco más de tiempo que sólo al azar «cheese holing», este método producirá la mayor reducción de peso a la relación de pérdida de rigidez estructural utilizando el método de perforación.
Un consejo muy importante para el «pocketing» es hacerlo en último lugar cuando se diseña una pieza. Las piezas no deben diseñarse en función del patrón del pocketing, sino que el pocketing debe diseñarse en función de la pieza. Si hay demasiados orificios en una pieza, o la pieza es demasiado pequeña para hacer pocketing con un valor de desplazamiento, probablemente no merezca la pena hacer pocketing.
El pocketing puede reducir el peso de la pieza, pero si se utilizan métodos de maquinado tradicionales, puede requerir mucho tiempo adicional. Sin embargo, si se añaden bolsillos a piezas que se van a imprimir en 3D, en algunos casos se puede reducir el tiempo de impresión y el material utilizado.
El método de pocketing anterior es el método paramétrico más sencillo de pocketing, pero existen métodos más complejos. Por ejemplo, la imagen siguiente es un ejemplo de un complejo patrón de pocketing de doble iso-rejilla optimizado para la impresión 3D en metal.
731 Wannabee Strange, Rover Ruckus, Montaje de brazo pivotante#
Cuando el pocketing se diseña en torno a una pieza impresa en 3D, se abren muchas nuevas posibilidades en cuanto a radio mínimo de las esquinas interiores, resolución y dimensiones. Ahora, por supuesto, en las piezas impresas en 3D se puede hacer el pocketing del mismo modo que las piezas tradicionales con resultados similares.
Tutorial CAD Parte 3 - Plantilla de polea personalizada#
A la hora de diseñar métodos de transmisión de potencia, resulta útil disponer de un generador de poleas ajustable que permita reajustar rápidamente la distancia C-C (centro a centro) para realizar cambios en el diseño. Normalmente, los equipos de FTC utilizan el perfil de correa HTD5 debido a su perfil de dientes profundos, que añade resistencia al deslizamiento y aumenta la capacidad de carga. Este tutorial se centrará en el perfil HTD5, pero es relativamente fácil de adaptar para diferentes perfiles.
Para hacer la polea totalmente paramétrica (ajustable sin rehacer el croquis base), utilizaremos Ecuaciones (en Solidworks y Creo), Parámetros (Fusion 360 e Inventor) o Variables (Onshape). Las ecuaciones permiten al usuario ajustar rápidamente valores y cambiar múltiples dimensiones en un croquis o elemento.
En primer lugar, defina una nueva variable «n» y establezca un valor por defecto de 24. Esto es crucial ya que «n» afectará al número de dientes, que definirá el ángulo entre los dientes y el patrón circular.
Copia el siguiente esquema.
La ecuación 15° se hace escribiendo =360/»n» en la caja de texto.
Tenga en cuenta que los 5 mm de la parte superior describe la longitud del arco, que se realiza en Solidworks seleccionando primero los dos puntos y el arco de conexión.
Las dos circunferencias grandes son tangentes a las dos circunferencias pequeñas, pero las dos circunferencias pequeñas no son tangentes entre sí.
Deje este boceto como referencia y utilice «Convertir entidades» para crear bocetos de características adicionales.
A continuación, extruya el círculo exterior en negrita. Corte-extruya el perfil en el croquis de referencia. Realice estas operaciones por separado.
Ahora, cree un Patrón Circular. Defina la Dirección 1 como la cara superior y cree «n» instancias de la función cortar-extruir.
Ahora dibuje en el plano lateral y dibuje las bridas. Esto depende de ti, pero yo prefiero mantener el punto exterior vertical a un punto atravesado por el círculo exterior. De esta forma, la brida cambia con respecto a «n».
