TUTORIAL COMO ARMAR UN VEHICULO AUTOEQUILIBRABLE DE DOS RUEDAS (SEGWAY) Cuando Dean Kamen desveló el Segway HT (Segway Human Transporter) en el programa "buenos días América" de la ABC en estados unidos, describió la máquina como "el primer transportador humano del mundo con equilibrio propio." Cuando se mira a la máquina en movimiento, se consigue tener una idea de lo que se está hablando. A diferencia de un coche, el Segway sólo tiene dos ruedas – tiene el aspecto de una carretilla de mano – sin embargo, consigue mantenerse vertical por sí mismo. Para moverse hacia delante o hacia atrás en el Segway , el usuario sólo tiene que inclinarse ligeramente hacia delante o hacia atrás. Para girar a la izquierda o a la derecha, el usuario simplemente tiene que girar el mando direccional hacia la izquierda o hacia la derecha. La capacidad de equilibrarse por sí mismo es el aspecto más sorprendente del Segway , y es la clave de su funcionamiento. Para entender cómo funciona este sistema, ayuda si consideramos el modelo de Kamen para el aparato – el cuerpo humano. Si se pone de pie y se inclina hacia delante, de manera que se pierda el equilibrio, usted probablemente no se caerá de cara. Su cerebro sabe que usted está desequilibrado porque el líquido en su oído se desplaza, así que le hace mover su pierna hacia delante para evitar la caída. Si sigue inclinándose hacia delante, su cerebro seguirá poniendo sus piernas hacia delante para mantenerlo vertical. En lugar de caerse, usted camina hacia delante, un paso cada vez. El Segway hace casi lo mismo excepto que tiene ruedas en lugar de piernas, un motor en lugar de músculos, una colección de microprocesadores en lugar de un cerebro y un juego de sensores sofisticados para la inclinación en lugar de un sistema de equilibrio del oído interno. Al igual que su cerebro, el Segway sabe cuándo usted se inclina hacia delante. Para mantener el equilibro, gira las ruedas a la velocidad apropiada, así usted se mueve hacia delante. Segway llama esta conducta estabilización dinámica y ha patentado el proceso único que permite que el Segway se equilibre sólo sobre dos ruedas. En su parte más básica, el Segway es una combinación de una serie de sensores, un sistema de control y un sistema motriz. En esta sección, nos fijaremos en cada uno de estos elementos. El sistema sensor principal es un grupo de giroscopios. Un giroscopio básico es una rueda giratoria dentro de un marco estable. Un objeto giratorio resiste los cambios en sus ejes de rotación porque una fuerza aplicada se mueve junto con el mismo objeto. Si se empuja en un punto en la parte superior de la rueda giratoria, por ejemplo, ese punto se mueve hacia la parte delantera de la rueda mientras que todavía siente la fuerza que se la ha aplicado. A medida que el punto de fuerza sigue moviéndose, termina aplicando la fuerza en los extremos opuestos de la rueda – la fuerza se equilibra a sí misma. Debido a su resistencia a la fuerza externa, una rueda giroscopio mantendrá su posición en espacio (relativa al suelo), incluso aunque se incline. Pero el marco del giroscopio se moverá libremente en el espacio. Al medir la posición de la rueda giratoria del giroscopio relativa al marco, un sensor preciso puede notar la inclinación de un objeto (la inclinación que tiene con relación a la posición vertical) además de la velocidad de inclinación (con qué rapidez se está inclinando). Cada giroscopio se coloca en un ángulo único que le permite medir múltiples direcciones. Los ordenadores internos de Segway comparan constantemente (200 veces por segundo) los datos de los cinco giroscopios para determinar si cualquiera de los cinco está suministrando datos erróneos – en esta condición, puede compensar y usar datos de los restantes sensores para seguir obteniendo equilibrio a través de un sistema de apagado de seguridad controlado. Dos sensores de inclinación llenos de un fluido de electrolitos proporciona una referencia de gravedad de la misma manera que nuestro oído interno lo hace para nuestro sentido del equilibrio. Un sistema de reducción de dos pasos proporciona una reducción de 24:1, permitiendo que el motor funcione a velocidades potentes y eficientes a través de todos los niveles de las marchas del Segway HT. Cada una de las marchas está cortada en un perfil helicoidal lo que crea un funcionamiento de espiral para reducir el ruido al mínimo y aumentar la capacidad de carga de las marchas. El número de piñones en cada marcha es elegido para producir proporciones de marchas no enteras. Esto significa que los piñones tendrán engranaje en un lugar diferente en cada revolución, obteniendo un máximo de vida de la caja del cambio de marchas. Nuestros ingenieros estaban tan obsesionados con los detalles del Segway HT que diseñaron los engranajes en la caja de cambios para producir un sonido exactamente dos octavas musicales de separación – cuando el Segway HT se mueve suena como música, no como ruido debido a la alta frecuencia que pasa por las bobinas de los motores. El principio de funcionamiento autoequilibrable será la base en la cual se diseñen muchas aplicaciones en robótica de hoy en adelante donde ya se han construido humanoides con este principio. Para esto se propone un diseño de autoequilibrable con productos fabricados por CRYA* donde en combinación con giroscopos y motores se logra la construcción de uno de estos aparatos: Materiales que se necesitan: 1 giroscopo 2 tarjetas 1 tarjeta 2 motores Como en la explicación teórica anterior el autoequilibrable seway hace una refresco de 200 veces por segundo, para este caso nuestro producto megaservo hará 150 veces por segundo y el giroscopio será el encargado de tirar hacia el otro lado en el momento que detecte una pequeñísima inclinación , para esto tendremos que darle una señal fija mediante la tarjeta w-713 de control de servos esta tarjeta nos entregara una señal de servo que dará la referencia , a esta tarjeta se conectaran 2 tarjetas megaservo (clave 106) cada una de estas tarjetas será la encargada de controlar motoreductores de alto torque (clave 220) tendrás que hacer el chasis de aluminio y las llantas si puedes conseguir de bicicleta mejor ya que son ligeras y tienen buen agarre en el piso , también tendrás que poner especial cuidado en poner baleros entre la catarina y el chasis, obviamente tendrás que mandar al torno a hacer algunas piezas pero eso te asegurara la calidad en el movimiento esto es importante porque es un aparato delicado en su construcción debido a la precisión que debe de tener el mecanismo. la altura del poste principal es de 1m y el manubrio es corto (30-40cm) lo largo de la base es de 60cm incluyendo las llantas en realidad puedes hacerlo del tamaño que sea pero lo importante es que este bien balanceado esto quiere decir que los dispositivos como batería y motores tendrán que ir en medio y hasta abajo para que no le cueste mucho trabajo a los motores equilibrar. También tendrás que equilibrar batería y motores es decir si ya has construido todo el vehículo y notas que se va para adelante estando el vehículo apagado, tendrás que hacer para atrás la batería a manera de intentar que mecánicamente el vehículo entero tenga torque cero es decir que no se vaya ni para adelante ni para atrás. Las catarinas que van entre la llanta y el eje son de 40 dientes paso 35 y las catarinas que van sujetas al eje del motor son de 10 dientes paso 35 y la cadena es de paso 35, así que escoge tus llantas solo un poco mas grandes que la catarina de 40 dientes, las llantas con rayos de una bicicleta para niños estarán bien. Sujeta los motores al chasis con soportes de aluminio (tendrás que hacerlos o en un taller de torno) y el chasis tendrá que ser de aluminio de ese que se usa en canceleria , tal vez tengas que usar un tipo mas delgado de aluminio para el poste y el manubrio y el giroscopio y las tarjetas electrónicas puedes sujetarlas mediante esa cinta que pega por los dos lados (cinta scotch) Los potenciometros que van en el manubrio van sujetos con soportes de aluminio que también tendrás que hacer, estos provienen de la tarjeta megaservo(vienen incluidos) y su propósito es el de dar vuelta a la izquierda o a la derecha Cuando hayas terminado la construcción del vehículo te darás cuenta que necesita un ajuste , este lo podrás hacer desde la tarjeta que fija la señal del servo (clave w-713) pero este ajuste es muy sencillo Para hacer una plataforma robótica sin manipulación humana puedes sustituir esta tarjeta de fijación de señal por una tarjeta de microcontrolador picaxe (también disponible en CRYA* ) y añadir sensores de diversos tipos como sensores infrarrojos para seguir línea o tal vez sensores de proximidad etc. Si al armar tu proyecto no te funciono, revisa las conexiones y realiza los ajustes necesarios, y recuerda que no tenemos la culpa por si pensabas llamarnos para maldecirnos, solo proponemos el proyecto y damos la información para referencia de quien lo requiera
