NORBA LANDER: diseño de chasis para vehículo con ruedas

En esta entrada vamos a describir el proceso de creación de un chasis básico para un vehículo de tres ruedas controlado por Arduino. Para ello utilizaremos el programa online Tinterkad, el cual es gratuito, muy sencillo y dispone de una amplia biblioteca de componentes que nos serán muy útiles a la hora de realizar el diseño.

Chasis para uno de nuestros NorbaLanders listo para imprimir en 3D

Los primeros pasos en nuestro diseño consistirán en dar una forma básica a la estructura. Debemos tener en cuenta que si queremos realizar una impresión 3D del diseño que realicemos, esta no deberá superar los 20x20x20cm aproximadamente (según el modelo de impresora 3D que dispongamos). Además, si queremos crear una superficie de adherencia extra, deberemos incluir esta estructura dentro de las dimensiones antes citadas.
En nuestro diseño jugaremos con un cilindro, un cubo y un medio cilindro para crear la forma primigénia del chasis. Estos elementos pueden ser desplazados, redimensionados y rotados fácilmente usando las herramientas de Tinkercad.

Figuras básicas.	Proceso de rotación.
Rotación, escalado y reubicación.	Estructura más compleja a partir de figuras básicas.

Una vez posicionados correctamente estos tres elementos, formando visualmente un único bloque, prodeceremos a fusionarlos mediante la herramienta correspondiente. El resultado será un nuevo bloque mayor, el cual podrá nuevamente ser redimensionado o rotado de forma individual, tal y como se muestra en las imágenes que siguen. Posteriormente a este bloque se le podrán añadir o eliminar zonas para ir tomando la forma que deseemos.

Estructura pimigénia para el chasis.	Retoques de tamaño y forma.
Rotando un motor para su procesado.	Dos motores superpuestos.

Una de las primeras zonas a eliminar serán los huecos para los motores. Para ello, primero tomaremos un motor de la librería de componentes y lo engordaremos mínimamente (nos hemos dado cuenta que aunque en el modelo virtual los huecos se crean de forma exacta y precisa, en el modelo impreso real pueden darse diferencias de hasta 0,5mm) para evitar que en el proceso de impresión se genere una estructura ligeramente más gruesa en cuyos huecos no quepan exactamente los motores. Para "engordar" el motor, fusionaremos 4 motores idénticos separándolos 0,5mm unos de otros (un par de motores separados horizontalmente y otro segundo par idéntico separado verticalmente del primer par). Este nuevo motor "engordado" será perfecto para crear los huecos que necesitamos en el chasis.

Engrosamiento de 0,5mm para el motor.	Reubicando motor para su procesamiento.
Ubicación definitiva de motores en el chasis.	Creando hueco para los motores.

Para conseguir crear el hueco del motor en el chasis del vehículo, debemos aplicar el atributo "hueco" al motor engordado, el cual cambia visualmente a un color negro, y posteriormente "fusionar" el hueco (motor negro) con el chasis. Este proceso se detalla visualmente en las imágenes anteriores, y su resultado se muestra a continuación:

Chasis con huecos para motores.	Chasis con placa Arduino UNO.
Creando hueco para placa Arduino UNO.	Chasis con protoboard.

De la misma forma que hemos hecho con los motores, ahora toca crear un hueco para el controlador Arduino UNO y para la pequeña protoboard de conexionado. Estos elementos también se encuentran disponibles en las librerías de Tinkercad.

Creando hueco para protoboard.	El chasis va tomando forma.
Preparando hueco para eje motriz.	Ubicando hueco para eje motriz.

Podemos comprobar que el hueco creado para los motores en el chasis es perfecto. Sin embargo, parte del eje que sostendrá más adelante las ruedas queda incrustado en el chasis sin ningún tipo de holgura. Esto impedirá su giro. Para solucionar el problema, crearemos un cilindro con un diámetro ligeramente superior al del eje de rueda-motor, le aplicaremos el atributo de hueco, y crearemos un nuevo orificio en el chasis. El resultado puede verse a continuación:

Vista superior de chasis con eje motriz.	Detalle de hueco de eje motriz.
Estructuras para soportes: bridas o tornillos.	Huecos para soportes: bridas o tornillos.

Usando también cilindros estrechos, crearemos orificios transversales en el chasis que posteriormente nos permitirán sujetar el controlador Arduino o la protoboard bien con tornillos, bien con bridas o bien algún otro tipo de soporte. En el caso de que no utilicemos ninguno de estos medios de sujección, no pasará nada, ya que los orificios permanecerán ocultos.

Creando estructura para eje y rueda no motriz.	Centrando eje y rueda no motriz.
Preparando hueco eje-rueda no motriz.	Ubicando hueco eje-rueda no motriz.

El vehículo que estamos diseñando dispondrá de dos ruedas motrices conectadas a dos motores y una tercera rueda no motriz situada en la parte delantera e inferior del mismo. Debemos crear un hueco para ella y otro para su eje. Por tanto, con un par de cilindros crearemos una estructura eje-rueda que usaremos como agujero. Existe una "herramienta de alineación" que nos permitirá centrar perfectamente el eje con la rueda, y posteriormente el conjunto con el chasis de nuestro "cochecito". Para usar esta herramienta debemos seleccionar dos piezas, pulsar el "botón de alineación" y luego marcar el tipo de alineación que deseamos mediante los puntitos negros que han surgido alrededor de nuestras piezas, tal y como se muestra en las imágenes superiores.

Ajustando la altura de eje-rueda no motriz.	Creando hueco de eje-rueda no motriz.
Detalle de hueco para rueda no motriz.	Preparando estructura para guía de bridas.

Nótese que el hueco de la rueda no motriz no debe aparecer por encima del chasis, ya que chocaría con la protoboard. Por eso lo hemos desplazado hacia abajo lo suficiente para que esto no ocurra.

Detalle de posición de guía de bridas.	Detalle de ubicación de cuatro guías para bridas.
Detalle guías para bridas de sujeción de motores I.	Detalle guías para bridas de sujeción II.

Aunque los motores adaptarán perfectamente en el chasis, no hemos diseñado ningún sistema para que se sujeten y no se caigan. Así que se nos ha ocurrido crear unos huecos adicionares por donde introducir unas bridas que permitan agarrarlos sin ocasionar molestias y quedando visualmente ocultas. Estos huecos los hemos generado a partir de cubos modificados a modo de pequeños railes.

Detalle guías para bridas de sujeción III.	Creando alerones estéticos.
Pruebas con la ubicación de la pila de 9V.	Creando hueco del tamaño de la pila de 9V.

Por dar un toque estético adicionar, se nos ha ocurrido incluir un par de pequeños alerones a partir de una cuña modificada. Usando las herramienta de rotación y alineación las hemos ubicado en el lugar preciso. Finalmente las hemos fusionado con el resto del chasis. También hemos creado un hueco delantero para introducir una pila de 9V. Podríamos haber metido la pila directamente, pero en la librería de Tinkercad ésta no es maciza, con lo que deja "cosas raras" si haces un hueco con ella. Por eso la hemos medido y hemos creado una forma similar y maciza para crear el hueco correspondiente.

Ubicando hueco para la pila de 9V.

Añadiendo detalles de logo: Norba Lander.

Finalmente hemos añadido unas letras al chasis: Norba Lander. Le da un toque personal y propio al proyecto. A continuación mostramos el chasis con todos los elementos que irán montados en el mismo para hacernos una idea de cómo quedará el resultado final. Obviamente solo imprimiremos en 3D "la parte roja del proyecto", la cual hemos incluido en un fichero .obj que puede ser procesado mediante el software CURA 3D.

Diseño definitivo del chasis con todos los elementos funcionales que deberán acompañarlo: motores, protoboard, controlador Arduino UNO y pila de 9V.

Creemos que con esta entrada queda perfectamente claro cómo realizar un diseño básico de un chasis para un pequeño vehículo. Ahora vamos a invitar a nuestros alumnos a que realicen sus propios diseños. El que se lo curre mejor y obtenga un resultado más atractivo y funcional queda invitado a un desayuno en la cafetería del centro.  ;-)