Mipixel

En esta segunda parte voy a hablar del apartado mecánico de un robot de sumo. Me voy a adaptar a las reglas de CosmoBot, ya que es para esta primera competición para la que estoy construyendo mi robot. Las limitaciones serán 20x20cm y 3Kg de peso. Además tendremos en cuenta que el oponente también tendrá estas limitaciones y que la pista es de 1'75m de diámetro.

A la hora de diseñar la parte mecánica lo primero que hay que tener en cuenta es que el peso y dimensiones no sobrepasen los especificados, cosa obvia, pero hay otras cosas que hay que tener en cuenta, como la velocidad que queremos que tenga el robot, la fuerza de rozamiento con el suelo, el centro de masa, etc. Cada una de estas cosas es muy importante a la hora de diseñar nuestro robot, por ello se verán por separado, hoy me centraré en la fuerza de rozamiento. Me gustaría también que muchas veces abusaré un poco del lenguaje y usaré algunos términos que si bien no son exáctos para lo que se usan, serviran para una mejor comprensión, espero sepan comprenderme.

Fuerza de rozamiento

Esta fuerza surge en la superficie que une nuestro robot con el tatami tal y como se muestra en la figura y será la responsable de que podamos empujar más o menos a nuestro contrincante, así como el ser empujados con más o menos facilidad.

En primer lugar si consideramos nuestro robot como un bloque, la fuerza de reacción R_N será igual a la masa de nuestro robot multiplicada por la fuerza gravitatoria de la tierra:

F_N=m Kg * g m/s²= 3Kg * 9.81m/s²= 29.43N

Para el que no lo recuerde, la letra N se corresponde con Newtons, que es lo mismo que 1 [m*Kg/s²] y es la unidad de la fuerza en el sistema internacional. Para que lo entendamos mejor, si tenemos un cuerpo de 1Kg a y suponemos la aceleración gravitatoria de valor 9.81m/s² entonces ese cuerpo haría una fuerza en el sentido de la gravedad de 9.81N. En los cálculo anteriores, además se ha supuesto que la masa del robot es la máxima permitida, 3Kg.

Por la ley de acción y reacción de Newton, sabemos que toda fuerza provoca otra fuerza que será igual en magnitud y dirección y contraria en sentido. Es por ello que la fuerza F_N provoca la fuerza R_N que se denomina reacción o fuerza normal. También sabemos que para empezar a desplazar el bloque necesitaremos aplicar un fuerza P(N), pero esta fuerza deberá de ser capaz de contrarestar a F(N). F(N) es lo que se conoce como fuerza de rozamiento y su valor viene dado por la siguiente relación

F(N)=R_N*μ

R_N ya la conocemos y µ es una constante, llamada coeficiente de rozamiento, que dependerá de los materiales de los que estén hechos nuestras ruedas y el tatami. Este valor es adimensional, es decir, no tiene unidades. Además este coeficiente tiene dos valores distintos, uno el coeficiente de rozamiento dinámico (µ_d) y el otro el coeficiente de rozamiento estático (µ_e). El coeficiente de rozamiento estático por norma es mayor que el dinámico. La diferencia entre uno y otro es simple, mientras nuestro robot esté sin moverse estará usando el µ_e, en el momento que empiece a desplazar ese coeficiente cambiará a µ_d. Si suponemos unas ruedas de goma y un suelo de madera, µ_e será del orden de 0.9 y µ_d sobre 0.7, por tanto tendriamos una fuerza de:

F(N)=R_N*μ = 29.43N * 0.7 ≈ 20.60N

Esta es la fuerza que seremos capaces de vencer sin que nuestras ruedas patinen, o la que seremos capaces de aguantar sin que se desplacen por la superficie. Esto nos servirá a la hora de dimensionar los motores, ya que así sabremos que fuerza será aprovechable.

Hasta aquí todo bien, pero el problema es conocer el coeficiente de rozamiento, así como ver cómo afectan otros factores a la fuerza de rozamiento (número de apoyos, anchura de las ruedas, etc.), pero eso lo dejo para la siguiente parte: Torque y motores.