Carrito elevador para robot FRC

Apilador eléctrico · carga de trabajo 150 kg · 21.3 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 81 cm y cabe en la maleta. La 2ª etapa corre por dentro del mástil y sale 55 cm; el carro corre otros 55 cm al frente de ella. Aun arriba del todo, cada junta conserva 20 cm entre sus rodillos, así que nada queda colgando de la punta.

Baja con su peso, frenado por el motor

El cable solo jala hacia arriba: del tambor a una polea arriba del mástil y al pie de la 2ª etapa, y de un anclaje fijo a una polea arriba de la 2ª etapa y al carro, que por eso sube al doble. Para bajar, el motor gira al revés y el carro baja con su peso, nunca más rápido de lo que suelta el sinfín. Si algo se atora y el cable se afloja, un interruptor de cable flojo apaga el motor y los trinquetes se clavan.

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 dos pernos de seguridad, uno en el mástil y otro en el carro, que entran a barrenos de la 2ª etapa 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. En la de la 2ª etapa con el mástil, el trinquete va fijo arriba del mástil y muerde un riel en la cara de atrás de la 2ª etapa. En la del carro con la 2ª etapa, el trinquete va en el carro y muerde un riel en la cara de enfrente. Los dos rieles corren a todo lo largo de la 2ª etapa, así que siempre hay dientes frente a cada trinquete, a cualquier altura. La tensión del cable los mantiene retraídos; si el cable se rompe o se afloja, un resorte los clava y detienen el robot en menos de 3 cm. Dimensionados para el golpe de 150 kg, unos 8 kN, con factor de seguridad 2.

Cómo se arma

  1. Base: las dos mitades del travesaño se unen a los costados del pie del mástil, con dos pasadores de bola cada una.
  2. Patas: la cuenca de cada pata entra en la punta del travesaño y se asegura con un pasador.
  3. Horquillas: la manga de cada horquilla entra por la punta del perfil 4040 del carro y se fija con su perilla. Ahí mismo se ajusta su separación para cualquier robot.
  4. Cola: los largueros con la caja se deslizan por los costados del mástil y se aseguran con un pasador cada uno.
  5. Travesaño trasero: con las ruedas con freno, se engancha al final de los largueros con dos pasadores.
  6. Tirantes: del costado del mástil al final de los largueros, con un pasador en cada punta.
  7. Manija: los postes se apoyan en el travesaño trasero y se aseguran con dos pasadores.
  8. Amarres: de la parte alta del mástil a los postes, con un pasador en cada punta.
  9. Barra de agarre: entra en las abrazaderas de los postes con dos pasadores.
  10. Ruedas y motor: las cuatro ruedas se enroscan a mano y el Kraken entra en la caja de sinfín con dos perillas.
  11. Conexión: el conector Anderson de la batería y los dos puentes de los botones, de la barra al poste y del poste a la caja.

Son 24 pasadores y ninguna herramienta. Al desarmar se sigue el orden al revés, como en la vista desarmada de arriba. El mástil viaja con la segunda etapa, el carro, la caja de sinfín, el freno de caída y el cable ya instalados, para no tocar nada fino en el pit. Antes de cada uso se jala y se suelta el cable para ver que los trinquetes entran en sus rieles y se retraen.

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, el voltaje de la batería y el estado: listo, habilitado, paro, cable flojo o tope.

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 los botones corre fijo por dentro de la barra y del poste derecho. Cada pieza tiene su conector con seguro y se unen con dos puentes cortos del color del equipo; al desarmar solo se desconectan. 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
HiloColorSeñal
1blanco-naranjaSubir y bajar, en una sola línea con dos resistencias
2naranjaHabilitar
3blanco-verdeDatos de la pantalla (SDA)
4azulReloj de la pantalla (SCL)
5blanco-azul5 V
6verdeTierra
7 y 8blanco-café y caféParo de emergencia, en serie con la bobina del relevador

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 · 10.5 kg

El mástil con la segunda etapa, el carro, la caja de sinfín, el tambor y el cable ya instalados. Mide 81 × 36 × 22 cm sin el Kraken. Va solo, acolchado con ropa o espuma.

Maleta 2 · 16.8 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 trasero81 × 36 × 227.51
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 × 81.12
Carrito21.3
Dos maletas blandas6
Maleta 1 / Maleta 210.5 / 16.8
Para que quepa, el diseño cambió en tres cosas: el mástil, la cola y la manija miden 36 cm de ancho o menos; 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, 24 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 caídaRieles atornillados a la 2ª etapa con tornillos avellanados de 1/4 pulgada; cada trinquete pivota en 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 80 cm, con amarre superior por detrás de la 2ª etapa
Segunda etapa2 tubos 2×1×1/8 de 80 cm, 2 travesaños de tubo 2×1 y guías laterales de UHMW
Carro1 perfil 4040 de 36 cm, para ajustar la separación de las horquillas en su ranura, y placas de aluminio de 1/4 pulgada
Rodillos de las etapas14 rodamientos de acero 6202 con tornillos de hombro: 4 en el pie de la 2ª etapa, 4 fijos arriba del mástil y 6 en el carro, en las caras de enfrente y de atrás. Aun extendido quedan 20 cm entre rodillos; con 150 kg cada uno carga menos de 2 kN y un 6202 aguanta unos 3.7 kN quieto. 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, 2 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 fijo arriba del mástil y otro en el carro. Muerden dos rieles dentados de paso 20 mm atornillados a todo lo largo de la 2ª etapa, uno atrás y otro enfrente. Retraídos por la tensión del cable. Dimensionados para el impacto de 150 kg, unos 8 kN, con factor de seguridad 2.
Uniones24 pasadores de bola de 5/16 pulgada con cordón
ControlArduino Nano, convertidor de 12 a 5 V, 3 botones, pantalla I2C, cable Cat6 blindado de 8 hilos, 4 conectores de panel con seguro tipo etherCON, 2 puentes cortos, 2 finales de carrera, interruptor de cable flojo, 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.