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www.torneosvex.cl 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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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.