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Puente grúa

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Después de utilizar una estructura triangulada en mi último montaje para GBC recuperé una idea que tenía aparcada: un puente grúa.

Si se mira desde el punto de vista funcional el puente grúa consta de 4 elementos claramente diferenciados: una doble estructura resistente, un carro con un movimiento transversal, el sistema de elevación sobre el carro transversal y dos testeros automotores sincronizados (movimiento longitudinal).

Este montaje ha recibido una mención de honor en el "MINDSTORMS NXT NXT Building Challenge".

Puente grúa Puente grúa

La estructura

La estructura es triangulada, creo que es el único modo de conseguir una estructura resistente con las piezas de LEGO, al menos si se pretende que sea una estructura ligera. Otro modo de hacer estructuras será por mera acumulación de ladrillos LEGO.

Empecé dibujando la estructura: primero había que decidir cuáles iban a ser las dimensiones de los triángulos rectángulos a utilizar. Con las piezas de LEGO solo es posible montar un tamaño de triángulo rectángulo, el que tenga como lados longitud 3 y 4 con una hipotenusa de 5 y todos los semejantes a él (lo mismo ocurre con las piezas de Meccano).

Así que las combinaciones son las siguientes:

  • Lados de 3 y 4 hipotenusa de 5 (tal y como es el montaje delas piezas de LEGO eso supone una de 4, otra de 5 y una de 6)
  • Lados de 6 (3x2) y 8 (4x2) e hipotenusa de 10 (5x2). Es decir, los valores anteriores multiplicados por dos.
  • Cualquier combinación de lados e hipotenusa que resulte de multiplicar 3,4 y 5 por un número natural.

Las combinaciones anteriores son las únicas que cumplen la ecuación de Pitágoras con números naturales.

Mi elección fue lados de 12 y 16 e hipotenusa de 20. A partir de ahí se trataba de dibujar la estructura triangulada. Con el objeto de darle simetría el módulo central es una estructura en aspa mientras que el resto son triángulos.

Un vez dibujada había que definir cuántos tipos de nudo (uniones de diferentes elementos) tiene la estructura y experimentar con las piezas disponibles para a continuación comenzar con el montaje. Una vez definido cómo hacer los nudos la estructura se puede alargar todo lo que se desee únicamente agregando más módulos.

Estructura Estructura


El carro

El carro permite mover el mecanismo de elevación en la dirección transversal. Utiliza dos motores PF XL así como un portapilas y un receptor de infrarrojos. La trasmisión utilizada para la elevación contiene una etapa sinfin-corona con el objeto de que la carga no pueda arrastrar al motor cuando se detiene.

Dispone de dos fin de carrera para que no supere accidentalmente sus límites de movimiento transversal.

carro carro

El polipasto

El polipasto utiliza cuatro pares de poleas. De este modo se obtiene una ventaja mecánica y se reduce la carga que soporta el motor. En lugar de utilizar las poleas estándar he utilizado las amarillas de CyberMaster que tienen una garganta más profunda.

De este modo se consigue que la carga que soporta el motor es la octava parte de la que soporta con una única cuerda.

Las piezas en este diseño quedan forzadas por lo que no he podido dibujarlas con LDD.

polipasto polipasto  

Capacidad de elevación

La mayor capacidad de elevación para la que lo he probado utilizando el polipasto es de 15 kg. La deformación es muy apreciable y he seguido probando hasta la rotura.

Sin el polipasto, colgando directamente la carga, ha levantado 4 kg sin llegar a bloquearse el motor.

Elevación de cargas Elevación de cargas


Control del puente-grúa

El control del puente grúa se realiza por medio de un mando a distancia que se comunica vía bluetooth con la grúa.

El mando a distancia utiliza el NXT configurado como master. Utiliza las flechas de su propio teclado para seleccionar las tres funciones principales: movimiento longitudinal, movimiento transversal y elevación. He montado y programado dos mandos diferentes: el primero utiliza dos sensores de contacto para controlar el puente-grúa, mientras que el segundo utiliza un acelerómetro.

Mando a distancia Mando a distancia

Mando con acelerómetro Mando con acelerómetro

El segundo NXT, el esclavo, está sobre el mismo puente en un lateral y recibe las órdenes del control remoto. Los dos motores que generan el movimiento longitudinal están conectados a él, así como los dos sensores que limitan el movimiento transversal y el IRLink, emisor de infrarrojos que permite controlar el movimiento transversal del carro.

Los programas

Para programarlo he utilizado NXT-G. He utilizado el siguiente protocolo de comunicaciones entre los dos NXT:

MENSAJEACCIÓN
 0 Sin señal. Todo parado
 10 Carga arriba (motor PF-1)
 20 Carga abajo (motor PF-1)
 11 Desplazamiento transversal hacia la izquierda (motor PF2)
 21 Desplazamiento transversal hacia la derecha (motor PF2)
 12 Desplazamiento longitudinal adelante (motores BC)
 22 Desplazamiento longitudinal atrás (motores BC)

El programa del mando a distancia (NXT-1) consta de dos tareas paralelas.

Una de ellas está pendiente de que se pulsen las flechas izquierda y derecha del NXT para modificar la función actual: subir/bajar, desplazamiento transversal y desplazamiento longitudinal. Esta tarea da el valor 0, 1 ó 2 a una variable.

La otra tarea está pendiente de los pulsadores en el primer modelo y del acelerómetro en el segundo. Detecta si se quiere subir/bajar, avanzar/retroceder y en función de ello suma a la variable anterior el valor 10 ó 20 generando de esta manera el mensaje que a continuación envía al NXT esclavo.

El programa del segundo NXT (NXT-2) recibe el mensaje del control remoto y ejecuta la orden recibida, en cuatro de los casos enviar un mensaje IR vía IRLink y en los otros dos mover de modo sincronizado los dos motores B y C. Cuando mueve el carro de modo transversal controla permanentemente los sensores de contacto para que no supere sus límites de desplazamiento. Esto mismo podría hacerse en el sentido longitudinal.

Puedes bajar los programas de aquí.


El dibujo con LDD: instrucciones de montaje

Normalmente dibujo con MLCad, pero esta vez me he animado con LDD y a decir verdad me ha dado bastantes dolores de cabeza y no ha sido posible dibujarlo todo en un mismo fichero. A medida que el número de piezas crece el sistema inteligente de encaje de piezas empieza a encontrar problemas para seleccionar la posición deseada. En algunos casos he tenido que modificar el orden de colocar las piezas, para poder montarlas.

Algunas partes las he dibujado aparte para importarlas a continuación del dibujo principal, pero ello no garantiza que luego se puedan unir.

Hay alguna pieza no disponible, como la cremallera. En las instrucciones paso a paso se indica cuáles son.


Vista superior del apoyo del puente grúa sobre uno de los carriles longitudinales con el NXT sobre él y el emisor de infrarrojos Vista superior del apoyo del puente grúa sobre uno de los carriles longitudinales con el NXT sobre él y el emisor de infrarrojos Carro transversal Carro transversal Apoyo opuesto sobre la cremallera Apoyo opuesto sobre la cremallera Final de carrena NC Final de carrena NC