Elegir estructura (chasis) para un robot casero

Cuando me planteo hacer cualquier pequeño robot que se mueva siempre me encuentro con el problema de que no tengo más que una ligera idea mecánica. Hay montones de modelos caseros y no es fácil elegir cual se ajusta mejor a tus objetivos y capacidades. Así que voy a intentar explicar rápidamente que tipos de configuraciones son las más típicas en robots caseros. Aviso que es una clasificación basada en mi experiencia en robótica, por lo que es bastante informal.

Ruedas:

Vamos a empezar por que zapatos le calzamos, los tipos de ruedas mas usados.

  • Ruedas motrices: Son las que aportan movimiento al vehículo, van conectadas directamente al motor y al girar este estas giran moviendo el vehículo.
  • Ruedas directrices: son las que giran para dirigir el vehículo. Por ejemplo en un coche convencional son las que giran al girar el volante, vamos, las delanteras. A su vez pueden ser motrices por ejemplo en un 4×4.
  • Ruedas fijas: Son ruedas que giran libremente solo hacia delante y hacia atrás. Pueden ser motrices.
  • Ruedas locas: Se puede decir que estas se dejan llevar, son ruedas que ademas de girar sobre si mismas en el eje horizontal también permiten libre movimiento en el vertical. Aportan simplemente estabilidad evitando que el vehículo vuelque sin oponer muchas resistencia a los giros. Son típicas en los robots de tres ruedas. Un ejemplo son las ruedas de los carritos de supermercado. Otro tipo muy usado son una esfera que rota libremente en cualquier dirección.Un ejemplo lo tenéis en los antiguos ratones mecánicos o en las cabezas de los bolis Bic.
  • Omnidireccionales: Al igual que las anteriores son ruedas que pueden desplazarse en ambos ejes pero que a su vez pueden ser motrices. Ejemplos son las omni wheel o algunos robot que se desplazan sobre esferas. Tiene la ventaja de que pueden desplazarse en cualquier dirección, pero suelen ser complicados de realizar. Un caso especial y que generalmente queda bastante llamativo son los robots bola. Son bolas con el robot por dentro. El problema que les veo es que es complicado colocar sensores externos.

Configuraciones:

Una vistos los tipos de zapatos vamos a ver las configuraciones más usadas:

  • Dos ruedas motrices, una o dos ruedas locas: Habitual en los kits de iniciación. Es una configuración sencilla y barata. Dos ruedas motrices de gran tamaño a los lados con una rueda loca delante o detrás solo para evitar que esa parte toque el suelo. Es fácil de programar. Cambiarlo de dirección es tan solo hacer girar cada rueda en un sentido, lo que facilita enormemente los cálculos. Su punto débil es que las ruedas local pueden trabarse muy fácilmente ante los obstáculos.
  • Cuatro ruedas motrices: Distribuidas dos a dos como en un coche, solo que ninguna es directriz. Gira como el caso anterior haciendo girar las dos ruedas de un lateral en un sentido y las otras dos del otro en otro. Lo normal es que lleve cuatro motores lo que tiene la ventaja de que cada rueda puede girar a una velocidad diferente, lo cual suena muy bien pero es más difícil de aprovechar de lo que parece y si no se hace bien puede ocurrir que se entorpezcan entre ellas. No es mucho más complicado de programar que el anterior, pero a cambio si que requiere más electrónica y un montaje más complicado.
  • Dos ruedas motrices, dos ruedas fijas: A menos que vaya a ir la mayor parte del tiempo en linea recta o sobre raíles es una mala idea. La única ventaja sobre las ruedas locas del primer caso es que las fijas permiten moverse en terrenos más abruptos
  • Dos orugas: La forma correcta de hacer el caso anterior. La programación y electrónica es la de un vehículo de dos ruedas motrices sin ruedas de dirección. La complejidad viene en la parte de las orugas que mecánicamente es mucho más complicado que simplemente poner unas ruedas. En suelo liso posiblemente sea la opción que más batería consume.
  • Dos ruedas motrices: Es como el primer caso pero sin rueda loca. La idea es que si las ruedas son grandes y el cuerpo pequeño este no tocara el suelo. Es importante distribuir bien el peso a lo largo del eje de la ruedas.
  • Dos ruedas fijas motrices y dos directrices: Idéntica a cualquier coche de los que hay por la calle (también se conoce como configuración Ackerman). Requiere al menos un motor para las ruedas motrices y un servo para girar la directrices, aunque a veces se reemplaza por un motor a cambio de perder precisión en el giro que pasa a ser todo o nada sin poder elegir una posición intermedia. Posiblemente sea el más complicado para calcular los movimientos que tiene que hacer para llegar a un punto.
  • Dos ruedas fijas motrices y una directriz: La idea es muy parecida a la anterior. El resultado es un triciclo, con una rueda directriz. Al igual que la configuración Ackerman requiere al menos un motor para las ruedas motrices y un servo para girar la directriz. Su ventaja respecto al anterior modelo es que permite giros mucho mas cerrados

Distribuir el peso:

Un consejo para distribuir el peso. Lo más cerca del suelo y centrado posible. La distribución del peso afecta a muchas más cosas de las que parecen en un principio. Por ejemplo a la adherencia de las rueda, al centro de giro o a la estabilidad del vehículo.

Lo que más suele pesar son las baterías, así que su colocación es fundamental. Contra más bajas se pongan más estabilidad tendrá el vehículo y más difícil será que vuelque. Hay que tratar de colocarlas lo mas centradas posibles respecto respecto al centro de giro del vehículo y respecto a los ejes. Descompensar un lado puede traer problemas en los giros desplazando el centro de giro o restando adherencia a las ruedas.