Informe Theo Jhansen

DISEÑO Theo JansenMANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE PLANTA

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MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE PLANTA

C13 – 03 – B

PROYECTO INTEGRADOR:

THEO JHANSEN

AUTORES:

Arcondo Velásquez, Williams

Calatayud Carrillo, José Elías

Mendoza Montalvo, Milton

Riveros Galindo, Joseph

PROFESOR:

César Nunura

Lima – Perú

2014

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ÍNDICE

I. ANTECEDENTES Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:...................................3

II. OBJETIVOS:............................................................................................................4

III. ALCANCE:............................................................................................................4

IV. MARCO TEÓRICO:..............................................................................................5

Boston Dynamics.........................................................................................................6

V. DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN:.......................................................................10

FABRICACION DE LAS PIEZAS EN AUTO -CAD:..................................................10

FABRICACION DE LAS PIEZAS EN FABLAB:........................................................14

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:........................................................................16

VI. CONCLUCIONES Y RECONMENDACIONES:..................................................17

VII. BIBLIOGRAFÍA:..................................................................................................17

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I. ANTECEDENTES Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

En la actualidad el ser humano ha creado diversas maneras de movilizarse, ya sea viendo estructuras de movimiento o movimiento de seres vivos (ani-males) como guía.La finalidad de este proyecto se origina con el objetivo de crear un móvil que sea capaz de realizar movimientos y poder transportarse en diferentes terre-nos que presenten dificultades para otro móvil comúnmente con ruedas, Así también despertar nuestra imaginación para futuros proyectos (ciclo 4) que tengan una finalidad más cercana a la realidad, realizar prototipos y hacer cálculos que justifiquen nuestro mecanismo.Un punto de interés es poder realizar un cambio a una máquina con ruedas por un mecanismo con otras piezas que le permitan dar movimiento y poder adaptarse a diferentes terrenos. Este proyecto está pensado para diseñar un mecanismo de un solo grado de libertad y se usara el mecanismo diseñado por Theo Jansen.

¿Quién es Theo Jansen?Ingeniero y escultor cinético. Experto en innovación y creatividad.Nombrado como el Leonardo Da Vinci del siglo XXI, el holandés Theo Jansen es un artista holandés que hace poco se convirtió en la cara de BMW para un comercial emitido en Sudáfrica. ¿Qué mérito hizo para protagonizar un aviso de una de las más lujosas marcas de autos del mundo? Nada menos que crear "animales de playa”, esculturas capaces de "cobrar vida" con el viento. Su método incluye arduos trabajos de ingeniería, con "esqueletos" hechos de tubos de plástico amarillo (conocidos como PVC) y articulaciones que permi-ten que los animales se muevan, ya sea con patas que los hacen andar o con alas que se sacuden como si se tratara de un ave en pleno vuelo. Por ese motivo, muchos llaman a este artista "el escultor cinético".Sin necesidad de motores ni ningún tipo de ayuda tecnológica, Jansen hace que estas gigantes estructuras cobren vida; tan sólo requieren de la fuerza del viento y la arena de la playa.

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TECSUPII. OBJETIVOS:

Analizar el tipo de mecanismo a diseñar y los movimientos que tendrá este.

Realizar los diseños necesarios en 2D para la construcción del diseño pensa-do por el grupo utilizando los softwares para el diseño de piezas como (Auto-CAD).

Comprender los mecanismos de funcionamiento (fresadora CNC) y software para plasmar en la realidad las piezas diseñadas en AutoCAD.

Proponer las posibles aplicaciones del mecanismo que se puedan aprove-char en actividades donde el desplazamiento con rueda sea de difícil acceso.

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TECSUPIII. ALCANCE:

Estudio del mecanismo de Theo Jansen.

Basándose en el diseño de Theo Jansen, se construirá un mecanismo, se tendrá en cuenta las medidas y las proporciones de este.

Diseño de los componentes mecánicos en software AutoCAD.

Diseño y realización de una maqueta.

Diseño del prototipo.

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TECSUPIV. MARCO TEÓRICO:

Historia de los robots caminantes: Los robots caminantes tuvieron su origen en los primeros artilugios caminantes que se desarrollaron hacia 1870 y se basaban en un mecanismo diseñado sobre el 1850, por el matemático ruso Pafnuti Lvóvich Chebyshev (Okatovo, 26 de mayo de 1821- San Petersburgo, 8 de diciembre de 1894). Estos dispositivos eran simples juguetes que intentaban decir de una forma muy primitiva los modos de locomoción observados en la naturaleza.

Mecanismo de Chebyshev

La actividad en el desarrollo de sistemas caminantes se incrementó considerablemente, y a finales del siglo XIX aparecieron las primeras patentes sobre mecanismos caminantes.En Europa también se detecta cierta actividad y en 1913 aparece registrada en Alemania la patente del Vehículo de Bechtolsheim. Sin embargo, este interés por las máquinas caminantes se vio ensombrecido por el perfeccionamiento del motor de explosión, que originó nuevos dispositivos (con ruedas y orugas) que presentaron una funcionalidad muy importante para la época. A pesar del éxito de los vehículos con ruedas, las ventajas potenciales de los robots caminantes siguieron latentes. Entre las ventajas que presentan sobre los vehículos tradicionales se pueden resaltar:

No necesitan terreno continuo para desplazarse. Presentan menos problemas de deslizamiento y atascamiento. Causan menor daño en el entorno. Ofrecen mayor movilidad. Tienen gran capacidad para sobrepasar obstáculos. Presentan suspensión activa. Consiguen mejor rendimiento energético. Alcanzan mayor velocidad en terrenos muy irregulares.

Sin embargo, hubo que esperar hasta que el desarrollo tecnológico madurara lo suficiente para construir máquinas con ciertas propiedades de movilidad y adaptabilidad. Ejemplo de robot caminante:

Boston Dynamics

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En la página de Boston Dynamics dice lo siguiente: “Boston Dynamics construye robo-

ts avanzados con notable comportamiento como la movilidad, la agilidad, destreza y

velocidad. Utilizando sensores, dispositivos de control y computación para tener la

capacidad de desarrollar mecanismos complejos”.

Organizaciones de todo el mundo, entre ellos DARPA, el Ejército de los EE.UU., la

Armada y la Infantería de Marina, e incluso Sony Corporation, buscan en Boston Dyna-

mics asesoramiento y ayuda para crear los robots más avanzados del planeta. El robot

de la imagen se llama LS3, y es un robot dinámico diseñado para manejarse en cual-

quier terreno. Cada LS3 puede cargar hasta 400libras (181,436 kg) de equipo y sufi-

ciente combustible para misiones que pueden abarcan hasta 20 kilómetros, además

de poder avanzar durante 24 horas. No necesita de ninguna persona que lo conduzca,

ya que automáticamente sigue a un líder con visión artificial, o puede viajar a lugares

designados mediante sensores y GPS.

La complejidad del manejo del mecanismo:Complejidad del mecanismo, o lo que es lo mismo, los grados de libertad.

Cada grado de libertad necesita de un actuador o un motor que lo regule. Con lo que

debe buscarse un equilibrio entre la complejidad del mecanismo y las prestaciones

que se desee optimizar, siempre teniendo en cuenta la aplicación final.

Para la realización de este proyecto se ha decidido que cada pata tenga un grado de

libertad, y todos los grados de libertad puedan ser dependientes entre sí, y usar un

solo motor para controlar todo el mecanismo. Esto obliga a que el mecanismo base

sea de un grado de libertad.

Para terminar con los mecanismos de un grado de libertad, mencionaremos el meca-

nismo de Theo Jansen, que es el escogido para nuestra realización de este proyecto,

se explicará con más detenimiento en apartados posteriores. Este mecanismo simula

el movimiento de la pata de un animal. Theo Jansen, autor del mecanismo nació el 14

de marzo de 1948 en Scheveningen al sur de Holanda, vive y trabaja actualmente en

Holanda, durante los últimos años ha estado diseñando y perfeccionando estas máqui-

nas que evolucionan con un algoritmo evolutivo donde el criterio principal para la evo-

lución de éstos es el rendimiento de los elementos a la tarea encomendada, y utilizan-

do los errores y las mejoras de las evoluciones para mejorar con la siguiente evolu-

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ción. Este diseño proporciona una forma sencilla de simular el andar de una pata real

controlados por un solo elemento que podría ser un motor o el viento .Entre los meca-

nismo que ha creado Theo Jansen destacan: Geneticus, Rinoceronte, Sabulosa y Ven-

tosa en las que el viento ha sido utilizado como motor.

Theo Jansen

Descripción del mecanismo:Este mecanismo está formado por 7 sólidos, 5 sólidos son las articulaciones y 2 sólidos las áreas fijas. Datos:

El eje el cual esta adherido el motor se encuentra en el punto “O” ade-más el punto “C” es fijo y va con el punto “O” alineados en que puede llamarse el cuerpo del mecanismo.

El punto A va adherido en la circunferencia o también puede ir en alguna región del círculo lo que genera el movimiento de las extremidades hasta que el punto inferior G de la pata describa un movimiento como el que se muestra en la siguiente figura:

Trayectoria del extremo inferior del mecanismo o punto “G”

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Esquema del mecanismo de Theo Jansen

V. DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN:

FABRICACIÓN DE LAS PIEZAS EN AUTOCAD:

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ENSAMBLE COMPLETO DEL THEO JANSEN:

FABRICACIÓN DE LAS PIEZAS EN FABLAB:

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VI. EVALUACIÓN ECONÓMICA:

CANTIDAD MATERIALES COSTO2 Pintura S/15.001 Pabilo S/0.5016 Tornillo semirredondo 3´´ S/4.5050 Tuerca hexagonal S/3.504 Tornillo semirredondo 2´´ S/1.50

TOTAL S/25.00

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TECSUPVII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

Nº Semanas Descripción

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Los integrantes de grupo se reu-

nieron y acordaron el mecanismo

que diseñarían.

Se discutió la geometría y medidas

que tendrían las piezas a diseñar.

13

Se presentaron las piezas diseña-

dos en grupo y acordaron solucio-

nar algunas fallas que surgieron

durante el diseño.

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Se presenta el trabajo diseñado en

las piezas y se proceden a juntar-

las para ser llevadas a cortar en el

FAB LAB.

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Jueves 20 de noviembre de 2014 Las piezas diseñadas son presen-

tadas al profesor encargado y

posteriormente se realiza la impre-

sión de las piezas en material

MDF.

Viernes 21 de noviembre de 2014 Se realiza el corte de algunas

piezas faltantes para el mecanis-

mo.

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El grupo se reúne y coordina el

costo de los materiales para unir

las piezas (perno, tuerca, arande-

las), además de pintura.

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Martes 02 de diciembre de 2014 Se realiza el ensamblaje final de

piezas faltantes.

Jueves 04 de diciembre de 2014 Se presenta el trabajo finalizado

(presentación física del mecanis-

mo, informe físico en folder y CD

que incluye planos diseñados e

informe.

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VIII.CONCLUCIONES:

Se pudo estudiar este mecanismo para desplazar una plataforma móvil so-bre superficies irregulares.

Se analizó los componentes del mecanismo Theo Jansen. Se realizaron los diseños de las piezas para el proyecto utilizando los so-

ftwares como AutoCAD y Inventor. Que la realización de este proyecto, ha refrescado los conocimientos de mu-

chas de las asignaturas de la carrera, conocimientos muy importantes para un ingeniero industrial o mecánico. Como pueden ser Resistencia de mate-riales, dibujo y diseño industrial.

Que en este proyecto, fuimos capaces de aplicar la experiencia previa en el mecanizado y fabricación, aprendidas del curso de Diseño industrial para tomar decisiones lógicas que logren un óptimo rendimiento a lo largo del pro-ceso.

En cuanto al mecanismo de movimiento, se aprendió mucho sobre los dispo-sitivos de Theo Jansen durante este proyecto, incluyendo la calidad del con-junto, el número requerido de los conjuntos de vinculación para la estabili-dad, y la disponibilidad de energía impulsada, etc.

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IX. RECONMENDACIONES

Se recomienda el uso de software para que las medidas sean más exac-tas y poder hacer funcionar el mecanismo de la manera deseada.

Estar atentos a la hora de corte de las piezas ya que puede ser succiona-da por la aspiradora industrial.

El equipo de diseño se tiene que trabajar en conjunto con el equipo de armado debido a que la labor de este último es definir el material de los prototipos lo cual implica en alguna forma en el diseño de cada una de las piezas

Los miembros del equipo de diseño tienen que manejar las nuevas he-rramientas para el diseño como AutoCAD de lo contrario esta limitante sería un factor crítico en la demora de las piezas del diseño.

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X. BIBLIOGRAFÍA:

o Mott, Robert L. (1992) Diseño de elementos de máquinas. México D.F.: Prenti-ce Hall (621.815/M82)

o Norton, Robert (2005). Diseño de maquinaria. Síntesis y análisis de máquinas y mecanismos. México D.F.: McGraw-Hill (621.815/N82)

o Shigley, Joseph E. (1991) Teoría de máquinas y mecanismos. Madrid: Mc Graw-Hill (620.1/S47T)

o Shigley, Joseph Edward (1994) Fundamentos de diseño mecánico. Tomo 1. México D.F.: Mc Graw-Hill (620.1/S47F/t.1)

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