CAD CAM technology appli=
ed
to the design of battle robots.
=
Miguel
Ángel Escobar Guachambala.[1], =
Sócrates
Miguel Aquino Arroba. [2=
],
Edwin Rodolfo Pozo Safla. [3] &=
amp;
Luis Santiago Choto Chariguaman. [4]
Recibido: 12-04-2019 / Revisado: 28-0=
5-209
/Aceptado: 28-06-2019/ Publicado: 25-07-2019
A methodology is proposed =
for
the computer-aided design and manufacturing of battle robot 12-pound, taking
into account parameters and guidelines that regulate this category of robot=
s,
the objective is to determine the design of a battle robot with a low weigh=
t,
functionality and to
easy of construction, in order to guaranteed operability in the competition=
. Frame
is the biggest robotsize and it was built in n=
ylon,
with the particularity that it was covered externally with aeronautical
aluminum sheet, this method reduce=
the
weight and it is guaranteed that the frame could absorb the hits emitted by=
the
adversary The robot's weapon is type cam with an impact point, it was built=
in
stainless steel martensitic.
For the construction of robot it was necessary to
generate the detailed drawings, in addition to handling 3D CAD files for
computer-aided manufacturing (CAM); the manufacturing processes used were: =
CNC
machining, 3D printing, plasma cutting, heat treatment.
Finally, a functional battle robot with a total we=
ight
of 11.8 pounds was obtained depending on the regulations for participation =
in
competition events.
Keywords: Technology, battle robot, CAD, CAM.
Resumen.
Se
plantea una metodología para el di=
seńo y
manufactura asistida por computador de un robot de batalla de 12 libras,
teniendo en cuenta parámetros y lineamientos que regulan esta categoría de
robots, el objetivo es determinar el diseńo de un robot de batalla con un b=
ajo
peso, funcional y de fácil construcción,
de tal manera que se garantice operatividad del mismo en la competic=
ión.
El elemento de mayor tamańo del robot es el bastidor y se construyó en nylon, con la particularid=
ad que
se recubrió externamente con chapa de aluminio aeronáutico, de esta manera =
de
redujo el peso y se garantiza que el bastidor pueda absorber los golpes
emitidos por el adversario. El arm=
a del
robot es tipo leva con un punto de impacto, fue construida en acero inoxida=
ble martensitico.
Para
la construcción del robot fue necesario generar los planos de detalle, adem=
ás
de manejar archivos CAD 3D para la manufactura asistida por computador (CAM=
);
los procesos de manufactura utilizados fueron los siguientes: mecanizado CN=
C,
impresión en 3D, corte por plasma,
tratamiento térmico.
Finalmente
se obtuvo un robot de batalla funcional con un peso total de 11.8 libras en=
función
de la reglamentación para participación en eventos de competición.
Palabras Clave:
Tecnología, robot de batalla, CAD, CAM.
Introducción.
El
desarrollo de un producto mediante software CAD
CAM es muy utilizado, porque facilita el diseńo, construcción, ensam=
ble,
estudio de movimiento y manufactura asistida por computador. [1] En
la actualidad se pueden realizar prototipos rápidos mediante el empleo de la
manufactura aditiva, esto permite obtener una apreciación de la geometría
y funcionalidad del elemento de má=
quina. Con el empleo de estas tecnologías se p=
ueden
obtener productos de bajo costo, c=
alidad
y competitivos en el mercado.[2]
Es
un complejo sistema o máquina, que tiene como finalidad, luchar en un ring
contra otro semejante, utilizando todo tipo de armas y equipamientos que las
reglas del torneo en específico lo permitan. Los combates de robots se basa=
n en
la competición donde robots diseńados, construidos o programados por difere=
ntes
participantes compiten según un conjunto determinado de reglas.[3]
El
diseńo y construcción de robot de batalla permite a los estudiantes y profesionales de ingeniería aplicar l=
os
conocimientos de CAD, materiales,
mecanismos, diseńo de máquinas, electrónica, CAD CAM CAE y demás de otros
conocimientos; cada diseńador presenta diseńos innovadores y vanguardistas =
de
robots, dotando de diferentes sistemas de transmisión de movimiento, defens=
a y
de ataque.[4]
El presente robot de batalla está diseńado en función del estudio del arte de diferentes robots q=
ue han
sido probados en eventos de competencia y que han tenido éxito en las
categorías que han participado.[5] A
partir de esta información obtenida, se ha combinado las ventajas de cada u=
no
de los robots estudiados, con lo cual se ha llegado a un diseńo eficiente y=
en
función de la reglamentación de eventos de competencia de robots de batalla=
. En
la figura 1, se observa el diseńo de robot que ha demostrado un buen desemp=
eńo
en combates de las categorías de 1, 3, 12 y 120 libras.
Figura. 1. Robot batalla Armagedrum 12 libras
Fuente: THUNDERATZ, Brasil.
Me=
todología
Las etapas que se
desarrollan para llegar al diseńo final del robot de batalla se muestran en=
la
figura 2.
Figura. 2 Diseńo y construcción =
de
un robot de batalla.
CAD del=
robot CAM del=
robot Ensamblaje Pruebas de funcionamiento.
Resultados
Diseńo asistido
por computador del robot de batalla 12 libras.
El robot de batalla está diseńado en función del
Mediante
la utilización de software CAD se desarrolló un robot de batalla para
participar en la categoría de 12 libras, lo más importante a considerar fue el peso del =
robot,
con el fin de calificar en la categoría deseada.
En
esta propuesta de robot se implementó un sistema de transmisión de movimien=
to
rápido para tener mayor agilidad y
maniobrabilidad en la arena=
, mediante
la implementación de servomotores de alta velocidad y torque, además el arma fue diseńada
con una geometría similar a una leva con un punto de impacto y con un
material de alta resistencia. [7] En
la figura 3, se observa el diseńo final del robot de batalla.
Figura. 3 Robot batalla EIM,
12libras
Figura. 4 Accesorio y sistema
electrónico, robot batalla EIM, 12libras.
Manufactura asistida por computador del robot bata=
lla.
Figura. 5 =
Trayectorias de mecanizado CNC para el bastidor.
Una
de las partes principales mecanizadas mediante CNC fue el bastidor, que está
diseńado para contener todas las partes del robot, el material mecanizado f=
ue el
nylon, por tener buenas propiedades de maquinabilidad. [9]
Las estrategias de mecanizado empleadas en la construcción del elemento
mecánico fueron las siguientes: taladrado para las perforaciones roscadas,
fresado de cavidades en el desbaste, contorneado para dar la forma final y =
un proceso
de machuelado para tornillo M3. Todas las opera=
ciones
anteriormente mencionadas se las realizaron en un centro de mecanizado CNC 3
ejes, como se observa en la figura 6.
Figura. 6 Mecanizado CNC ejes del
bastidor.
En
la figura 7, se puede apreciar el mecanizado del arma rotatoria del robot, =
este
elemento mecánico fue construido con acero inoxidable =
martensitico.
Para mecanizar la geometría de arm=
a, se
empleó los siguientes procesos de mecanizado: taladrado para el alojamiento=
del
eje, mecanizado de desbaste y afinado por contorno, además de cajeras para =
los
alojamientos con ajuste de los rodamientos. [10]
Figura. 7 Mecanizado del arma del
robot batalla.
Discusión
A
continuación se detallan los principales equipos y materiales que se emplea=
ron
en la construcción y ensamblaje del robot
de batalla 12 lb, según tabla 1.
Tabla 1. Componentes del robot =
de
batalla.
|
COMPONENTES |
Cantidad |
|
Sabertooth dual 5A motor driver |
1 |
|
Driver motor Brushless |
2 |
|
Moto re=
ductor
26:1 |
2 |
|
Motor Brushless 2,5 =
hp
Escorpión |
2 |
|
Batería LiPo 5s 75c<= o:p> |
1 |
|
CR inalámbrico T6A-V2
de 2.4GHz |
1 |
|
Bloque de nylon 300x300x50 |
1 |
|
Chapa aluminio naval |
1 |
|
Poleas de aluminio |
1 |
|
Rodamientos de bola, Ř ext.19mm |
2 |
|
Barra de acero inox.
Ř2pulg. long. 80mm |
1 |
|
Llantas 2 7/8 |
1 |
La parte pri=
ncipal
del robot es el bastidor, que cumple con la función de acoger a todos los
elementos fijos y móviles del robot batalla; además cumple con la función de
absorber la mayor cantidad de golpes generados por el contrincante durante =
la
competencia, por lo cual el bastidor fue cubierto con chapa de aluminio
aeronáutico. En la figura 8, se observa la geometría del bastidor.
F=
igura. 8 Bastidor del robot
batalla
|
|
Denominació=
n |
BASTIDOR |
|
Dimensiones=
|
285x249x46mm |
|
|
Material |
Nylon |
|
|
Peso |
1.69lb |
|
|
Cantidad |
1 unidad |
.
En la figura 9, se observ=
a la
geometría de arma del robot, es similar a una leva con un punto de impacto,
este elemento mecánico gira alrededor de dos rodamientos de carga radial de
bolas; la transmisión del movimiento desde el motor hacia el arma se genera
mediante un sistema de polea y banda.
Figura. 9 Arma rotatoria con un punto de impacto.
|
|
Denominación |
ARMA |
|
Dimensiones |
Ř78.3
x116mm |
|
|
Material |
Acero
inoxidable martensitico |
|
|
Peso
|
4.55lb |
|
|
Cantidad |
1 unidad |
En la figura 10, se obser=
va
la tapa mecanizada en nylon, tiene=
la
función de proteger el sistema
electrónico, motores, baterías y otros accesorios de importancia para el
funcionamiento del robot. La construcción se realizó m=
ediantes
placas de nylon, posteriormente se cubrió con
chapa de aluminio aeronáutico.
Figura. 10 Tapa del bastidor.
|
|
Denominación |
TAPA |
|
Dimensiones |
281x151x5mm |
|
|
Material |
Nylon |
|
|
Peso
|
0.55lb |
|
|
Cantidad |
2 unidades |
En la figura 11, se obser=
va
una polea de duraluminio, especial=
mente
diseńada para acoplarse a la arma mediante perno de sujeción M3, de tal for=
ma
que pueda transmitir el movimiento desde el motor hasta el arma mediante ba=
nda.
Figura. =
11 Polea
|
|
Denominación |
Polea |
|
Dimensiones |
Ř44x16mm |
|
|
Material |
Duraluminio |
|
|
Peso
|
0.045lb |
|
|
Cantidad |
2 unidades |
En la figura 12, se obser=
va
una rueda mecanizada en caucho
sintético, mediante un torno CNC, para evitar la necesidad de importar rued=
as
normalizadas.
Figu=
ra. 12 Rueda
|
|
Denominación |
Rueda |
|
Dimensiones |
Ř2-7/8
pulg. Espesor
27mm |
|
|
Material |
Caucho
sintético. |
|
|
Peso
|
0.16 lb |
|
|
Cantidad |
2 unidades |
Al finalizar el proceso =
de
mecanizado CNC de las diferentes partes diseńadas para el robot, se procedió
al ensamblaje del robot y sus
respectivas pruebas de funcionamiento. El robot de batalla que se
construyo tiene un peso total de 1=
1.8
libras, y en conclusión está homologado para participar en la categoría de =
12
libras.
Conclusiones.
ˇ =
El sistema de transmisión de movimiento de=
be
estar dotado de ruedas resistentes, que estén posicionadas al interior del
bastidor y además que parte de la rueda pueda superar el nivel superior e inferior del bastido=
r, con
el objetivo principal de tener movilidad aún después de haber sido volteado=
por
el contrincante.
ˇ =
El peso del robot debe estar concentrado e=
n un
75% sobre las ruedas posteriores, para obtener mayor agarre de las ruedas e=
n la
pista del combate, además se debe implementar un sistema de movilidad para =
la
parte delantera del robot mediante esferas de rodadura, con el objetivo de
reducir la fricción, permitiendo mayor maniobrabilidad y evasión de golpes.=
ˇ =
El bastidor debe ser construido de un mate=
rial
ligero, resistente, y diseńado en un cuerpo único para una mejor absorción =
de
impactos. Para dar mayor resistencia a impactos el bastidor debe ser cubier=
to
con una chapa ligera de alta resistencia al corte e impacto.
ˇ =
Las armas giratorias con un lado de impact=
o, deben
tener su centro de gravedad bien
establecido, para evitar vibraciones en el robot a altas revoluciones.
Referencias bibliográficas.
=
[1] Richard A
Gizelbach, CNC Machining. 2018.
=
[2] D. T. Dia=
z, Tecnologías
de Fabricación Digital Aditiva, ventajas para la construcción de modelos,
prototipos y series cortas en el proceso de diseńo de productos, Iconof=
acto,
vol. 12, no. 18, pp. 118143, 2016.
=
[3] R.
C. Arkin, Ethical robots in warfare, IEEE Technol. Soc. Mag., vol.=
28,
no. 1, pp. 3033, 2009.
=
[4] P.
Singer, Robots at war, Wilson Q., 2008.
=
[5] P.
Asaro, How just could a robot war be, Curr. issues Comput. Philos.,
vol. 175, pp. 5064, 2008.
=
[6] J.
J. Shah and M. Mäntylä, Parametric and feature-based CAD/CAM: concepts,
techniques, and applications. John Wiley &am=
p;
Sons, 1995.
=
[7] F. J. Día=
z, B.
Tzancoff, M. Claudia, E. S. Martin, and F. López, Aprendiendo a programar =
con
juegos y robots, in VII Congreso de Tecnología en Educación y Educación=
en
Tecnología, 2012.
=
[8] R. L. Nor=
ton, Diseńo
de máquinas. Pearson:,
1999.
= [9] S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Processes, Pearson, 2008.<= o:p>
=
[10] T. Garcés,=
A.
Xavier, and E. R. Lozano Granda, Diseńo y Construcción del un Robot de Bat=
alla
Controlado Mediante Dispositivo Bluetooth., 2010.
PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Escob= ar Guachambala, M., Aquino Arroba, S., Pozo Safla, E. R., & Choto Charig= uaman, L. (2019). Tecnología CAD CAM aplicada al diseńo de robots de batalla. C= iencia Digital, 3(3.2), 139-149. https://doi.org= /10.33262/cienciadigital.v3i3.2.721
El artículo que se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta
Ciencia Digital.
El
artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parc=
ial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
[1] Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador. maescob=
ar@espoch.edu.ec
[2=
]
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de
Mecánica. Riobamba, Ecuador. saquino@espoch.edu.ec
[3] Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador. edwin.p=
ozo@espoch.edu.ec
[4] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador. lchoto@= espoch.edu.ec
www.cienciadigital.org =
Vol. 3, N°3.2, p. 139-149, julio - septiembre, 201