Carrito elevador para robot FRC

Apilador eléctrico · carga de trabajo 150 kg · 20.9 kg sin batería · Kraken X60 · elevador de dos etapas · sube el robot a 1.1 m · se desarma en dos maletas documentadas

Horquillas0 cm
Robot sobre el piso0 cm
Tiempo de subida0 s
Arrastra para girar · rueda o pellizco para acercar
Medidas supuestas: marco de 27 × 27 pulgadas, bumpers de 8.5 cm, módulos de 13 cm por esquina, 4.5 cm libres bajo los rieles y bajo el bumper, robot de 70 kg con batería y bumpers. La estructura está calculada para 150 kg de carga de trabajo, más del doble de un robot de FRC, con un factor de seguridad de 2.5 o más en cada pieza. Todo se ajusta con las medidas reales.

Por qué está hecho así

Patas por fuera del robot

Con el robot a 1.1 m, su centro de gravedad queda a unos 1.35 m. Con patas bajo el robot, separadas 26 cm, un empujón lateral de 7.5 kg lo voltea. Con patas por fuera, separadas 1 m, hacen falta unos 60 kg de empujón y 20 grados de inclinación.

Horquillas entran de lado

Pasan entre el módulo delantero y el trasero, cruzan bajo los dos rieles laterales del marco y cargan el robot por su parte más fuerte. Nunca en la bellypan ni en los módulos.

Patas de tubo, no de perfil

Con 150 kg, cada rueda de punta carga 64 kg a 80 cm de la unión: 502 N·m. El tubo 2×1×1/8 parado trabaja con factor de seguridad de 3.0 y pesa menos que un perfil 2040 equivalente, que ahí iría al límite.

Horquillas de tubo, no de perfil

Con 150 kg cargan en voladizo 765 N·m en la raíz. El tubo 1×2×3/16 de 6061-T6 acostado trabaja a 80 MPa, con un factor de seguridad de 3.4, y se dobla unos 8 mm.

Elevador de dos etapas

Cerrado mide 75 cm y cabe en la maleta. La segunda etapa sale 55 cm y el carro corre otros 55 cm sobre ella. Es la cascada que el equipo ya conoce de los robots.

Cascada con cable continuo

El tambor jala la segunda etapa hacia arriba y también hacia abajo. Así el carro nunca queda colgando de un cable flojo, que es la falla más peligrosa de un elevador.

Ruedas para topes

Cuatro ruedas de 5 pulgadas de hule suave. Suben protectores de cables y topes de 3 a 4 cm. La base queda a 8 cm del piso para no rozar.

Se dirige desde la manija

Las dos ruedas junto a la manija giran y tienen freno. Las de las puntas de las patas van fijas. Así va derecho en pasillos y giras empujando la manija de lado.

Manija ancha y firme

La barra de agarre mide 56 cm, el ancho de los hombros, a 1 m de altura. Los postes se amarran al mástil y forman un marco cerrado. La barra se quita con dos pasadores para la maleta.

Cola más ancha

Las ruedas de atrás van en un travesaño de 60 cm que se quita con dos pasadores. Antes estaban a 30 cm y el carrito se sentía inestable al girar. Las ruedas giratorias tienen freno y bloqueo de giro para ir derecho en pasillos largos.

Sinfín más candado

La caja de sinfín de 30:1 casi no se regresa, pero con vibración puede bajar poco a poco. Por eso lleva un perno de seguridad en cada junta, en el mástil para la 2ª etapa y en la 2ª etapa para el carro, con barrenos cada 10 cm, así queda asegurado a cualquier altura cuando está parado.

Freno de caída en las dos juntas

El elevador desliza en dos juntas: la 2ª etapa sobre el mástil y el carro sobre la 2ª etapa. Cada una lleva su propio trinquete de acero y un riel dentado que corre a todo lo largo de esa pieza, así que hay dientes bajo el trinquete a cualquier altura, incluso extendido al máximo. La tensión del cable mantiene los dos trinquetes retraídos, por eso sube y baja libre sin tocar los dientes. Si el cable se rompe, un resorte los clava y detienen el robot en menos de 3 cm, a la altura que sea. Actúan solos, sin corriente ni botones. Dimensionados para el golpe de 150 kg, unos 8 kN, con factor de seguridad 2.

Cómo se arma

  1. Base: el travesaño trasero de dos mitades se une al pie del mástil con cuatro pasadores de bola.
  2. Patas: cada pata entra en una escuadra del travesaño y se asegura con dos pasadores de bola.
  3. Cola: la pieza trasera con las ruedas con freno, la batería y la manija se une con dos pasadores.
  4. Amarres de la manija: dos barras del travesaño superior del mástil a los postes, con un pasador en cada punta.
  5. Tirantes: los dos tirantes traseros van del mástil a la cola, con un pasador en cada punta.
  6. Horquillas: se deslizan en el carro y se aseguran con dos pasadores cada una. Su separación se ajusta en la ranura del carro para cualquier robot.
  7. Ruedas y motor: las cuatro ruedas se enroscan a mano y el Kraken entra en la caja de sinfín con dos perillas.
  8. Conexión: un conector Anderson para la batería y un conector para la caja de control.

Son unos 18 pasadores y ninguna herramienta. El mástil viaja con la segunda etapa, el carro, el Kraken, el freno de caída y los cables ya instalados, para no tocar nada fino en el pit. Antes de cada uso se jala y se suelta el cable para ver que el trinquete del freno entra en el riel y se retrae.

Botones

Pulgar derecho: subir y bajar

Dos teclas en una botonera junto al puño derecho. Se mueve solo mientras se mantienen presionadas.

Pulgar izquierdo: habilitar

Un botón junto al puño izquierdo que hay que mantener presionado al mismo tiempo. Así el carrito solo se mueve con las dos manos en la manija y nadie tiene la mano bajo el robot.

Centro: paro y pantalla

El paro de emergencia queda arriba al centro, donde cualquiera lo golpea con la palma. Debajo, una pantalla pequeña muestra la altura y el voltaje de la batería.

Luces de estado

Una tira LED bajo la base brilla en el color del equipo cuando está quieto y en ámbar mientras sube o baja, para que el pit sepa que se está moviendo.

Acabado

Tubo anodizado negro

Todo el marco en negro, con tornillería negra de cabeza redonda. Se ve como una sola pieza y no muestra rayones.

Color del equipo en lo que se ve

Placas del carro, escuadras, tapas de los puños, topes de hule y franja de la caja. Con el selector de arriba se prueba el color.

Caja cerrada

La batería, el Arduino, el relevador y el breaker van dentro de una caja de policarbonato negro con el número del equipo. No se ven cables sueltos.

Cables por dentro

El cable de las botoneras baja por dentro del poste de la manija y entra a la caja por abajo. Los pasadores llevan cordón del color del equipo.

Motor y control

DatoValor
Reducciónplanetaria 5:1 + sinfín 30:1
Tambor20 mm de diámetro
Tensión en el cable de la segunda etapa3,340 N
Torque en el Kraken0.63 N·m, 13 % del máximo
Corrienteunos 33 A
Límite de corriente en Phoenix Tuner40 A
Velocidad del carro6.7 cm/s
Subir 1.1 m16 s

Seguridad

Cómo se empaca

No cabe en una sola maleta: el mástil ocupa casi toda una. Va en dos maletas deportivas blandas con ruedas de 90 × 40 × 28 cm, que suman los 158 cm lineales que permite la mayoría de las aerolíneas. Interior útil de unos 86 × 37 × 25 cm.

Maleta 1 · 10.2 kg

El mástil con la segunda etapa, el carro, la caja de sinfín, el tambor y el cable ya instalados. Mide 78 × 36 × 24 cm sin el Kraken. Va solo, acolchado con ropa o espuma.

Maleta 2 · 16.7 kg

Abajo los postes de la manija, planos. Encima, de un lado, la caja con las ruedas, el Kraken y el control adentro, y junto a ella la barra de agarre. Del otro lado, un atado de 11 cm con horquillas, patas, travesaños, largueros y tirantes.

PiezaMedidakgMaleta
Mástil con segunda etapa, carro, sinfín, cable y panel trasero78 × 36 × 247.21
Postes de la manija, tubo 1×1×1/1682 × 34 × 2.50.92
Barra de agarre con botoneras y consola56 × 12 × 100.72
Travesaño trasero con ruedas quitadas60 × 5 × 2.50.42
Caja de policarbonato con charola. En el viaje lleva dentro las ruedas, el Kraken y el control28 × 26 × 221.02
Dos horquillas de tubo 1×2×3/1682 × 5 × 2.52.92
Dos patas de tubo 2×1×1/8 sin ruedas85 × 5 × 2.52.12
Dos mitades del travesaño, tubo 2×1×1/850 × 8 × 51.22
Dos tirantes y dos amarres de tubo 3/465 × 2 × 20.62
Dos largueros de la cola, tubo 1×1×1/1636 × 2.5 × 2.50.32
Cuatro ruedas de 5 pulgadas con centro de nylon17 × 13 × 6 c/u1.62
Kraken con planetaria25 × 6 × 61.02
Caja de control, cables y pasadores15 × 10 × 81.02
Carrito20.9
Dos maletas blandas6
Maleta 1 / Maleta 210.2 / 16.7
Para que quepa, el diseño cambió en tres cosas: el mástil, la cola y la manija miden 34 cm de ancho; el Kraken con su planetaria sale de la caja de sinfín con dos perillas y una flecha hexagonal; las ruedas son de vástago roscado y se quitan a mano. A cada maleta le sobran más de 6 kg bajo el límite de 23 kg, así que pueden ir refacciones y herramienta.

Tornillería y uniones

UniónQué lleva
Base, patas, cola, horquillas, amarres y tirantesPasadores de bola de 5/16 pulgada de acero, 18 en total. A cortante doble aguantan más de 25 kN cada uno; la carga real por pasador no pasa de 3 kN. Se ponen y se quitan a mano.
Barrenos de los pasadoresPlaca de aluminio de 1/8 pulgada en cada barreno para que el pasador no ovalice el tubo con el uso.
Rodillos de las etapas (6202)Un tornillo de hombro de 3/8 pulgada grado 8 por rodillo, con tuerca nyloc.
Placas del carro y del marcoTornillos de cabeza de botón 10-32 de acero negro sobre las placas de 1/4 pulgada.
Kraken, planetaria y sinfínLos tornillos M5 del adaptador del Kraken y la brida de la planetaria a la caja de sinfín. El Kraken sale con dos perillas, sin herramienta.
Freno de caídaRiel atornillado al mástil con tornillos avellanados de 1/4 pulgada; el pivote del trinquete es un perno de 6 mm con resorte de torsión.
Todo lo que carga está calculado con sus materiales y factores de seguridad, y lo que se arma en el evento va con pasadores sin herramienta. El paso que falta antes de construir es el plano de taller con la posición exacta de cada barreno y el apriete de cada tornillo, más la prueba de carga de 225 kg.

Lista de materiales

ParteQué comprar
Mástil fijo2 tubos 2×1×1/8 pulgada de 6061-T6, de 75 cm
Segunda etapa2 tubos 2×1×1/8 de 72 cm y 2 travesaños 1×1×1/8
Carro1 perfil 4040 de 40 cm, para ajustar la separación de las horquillas en su ranura, y placas de aluminio de 1/4 pulgada
Rodillos de las etapasRodamientos de acero 6202 con tornillos de hombro, en pares y bien separados, apoyados en las caras del tubo. Con 150 kg el momento del carro llega a 765 N·m, así que cada rodillo debe trabajar a menos de la mitad de su carga. Los de plástico de impresora 3D no aguantan.
HorquillasTubo rectangular 1×2×3/16 pulgada de aluminio 6061-T6, 2 piezas de 82 cm, con hule de 3 mm arriba
BaseTravesaño de tubo 2×1×1/8 en dos mitades de 50 cm, 2 patas de tubo 2×1×1/8 de 85 cm, placas de refuerzo de 1/8 en cada barreno de pasador
Ruedas4 ruedas de 5 pulgadas con centro de nylon y banda de hule suave, de unos 400 g, con vástago roscado, de 80 kg o más cada una: 2 giratorias con freno junto a la manija y 2 fijas en las puntas de las patas
MotorKraken X60, planetaria 5:1 con adaptador Kraken, caja de sinfín 30:1
CableDyneema de 4 mm, 4 poleas con rodamiento
TamborTambor de acero de 20 mm sobre la flecha del sinfín, apoyado en los dos extremos: la caja de sinfín de un lado y una chumacera con rodamiento atornillada al mástil del otro. Aguanta el jalón del cable de 3,340 N y 33 N·m de torque. De un solo lado, en voladizo, se doblaría.
Freno de caídaDos trinquetes de acero con resorte de torsión, uno en cada junta (2ª etapa↔mástil y carro↔2ª etapa), cada uno contra un riel dentado de paso 20 mm que corre a todo lo largo de su pieza. Retraídos por la tensión del cable. Dimensionados para el impacto de 150 kg, unos 8 kN, con factor de seguridad 2.
Uniones18 pasadores de bola de 5/16 pulgada con cordón
ControlArduino Nano, convertidor de 12 a 5 V, 2 botones, 2 finales de carrera, paro de emergencia, relevador de 40 A
EnergíaBreaker de 40 A, conector Anderson SB50, cable calibre 12

Lo que falta medir del robot

  1. Altura libre bajo los rieles laterales y bajo el bumper. Las horquillas necesitan 4 cm.
  2. Espacio libre entre el módulo delantero y el trasero de un lado.
  3. Largo y ancho del marco y grosor de los bumpers.
  4. Peso con batería y bumpers.