Informe Equipo Diseño

INFORME FINAL SOBRE EL DISEÑO DE UN PROTOTIPO CABALLO - ROBOT

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y SISTEMAS

PROFESOR:

Ing. Eduardo Cieza de León INTEGRANTES: SALAZAR HUAMAN, Miguel Ángel HIDALGO AREVALO, Edgar Paolo VILLAR MAVILA, Omar GUERRERO CAMACHO, Erick

1

Ingeniería del Producto

INDICE INDICE INDICE DE GRÁFICOS GRÁFICOS ................................................................... ..................................................................................... ..................5 1. INTRODUCC INTRODUCCION ION ................................................. ........................................................................... ....................................... .............7 2. RESU RESUMEN MEN ............................................... ........................................................................ .................................................. ........................... 8 3. JUSTIFICA JUSTIFICACIÓN CIÓN ................................................. ........................................................................... ....................................... .............9 4. OBJETIVOS OBJETIVOS DEL EQUIPO............. EQUIPO....................................... .................................................. .................................. .......... 9 4.1. OBJETIVO OBJETIVO GENERAL GENERAL ................................................................... ............................................................................ ......... 9 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 9 5. CONCEPTOS CONCEPTOS USAD USADOS OS .............................................. ........................................................................ ............................. ...10 5.1 MECANISMO DE THEO JANSEN ......................................................... 10 5.1.1 Descripción del mecanismo ......................................................... 10 5.1.2 Ventajas y desventajas del mecanismo....................................... 12 5.2 ARTICULACIÓN CILÍNDRICA ............................................................... 13 6. DESCRIPCIÓN Y METODOLOGÍA ............................................................. 13 6.1 CRITERIOS DE TRABAJO .................................................................... 14 6.2 LIMITACIONES GENERALES DEL PROYECTO ................ ........ ................ ................ ............ 15 6.3 REQUERIMIEN REQUERIMIENTOS TOS .............................................. ........................................................................ ................................. .......15 6.3.1 Materiales Materiales .............................................. ........................................................................ ........................................ .............. 16 6.4 ORGANIZACION DEL TRABAJO ......................................................... 16 6.5 DIVISION DIVISION DEL TRABA TRABAJO................ JO.......................................... ................................................... ............................ ... 17 17 6.6 INTERACCION CON OTROS EQUIPOS

19


6.6.1 Interacción con el Equipo de Psicología ..................................... 19 6.6.2 Interacción con el Equipo de Proveedores ................................. 19 6.6.3 Interacción con el Equipo de Armado Armado y Manufactura ................ ............ .... 20 6.6.4 Interacción con el Equipo de Explicación Cinemática ............... .............. . 20 6.6.5 Interacción con el Equipo de Presentación del Producto .......... ....... ... 20 6.6.6 Interacción con el Equipo de Diseños Alternativos Alternativos .............. ...... ............. ..... 20 6.7 PRIMERA VERSIÓN VERSIÓN - DOMINGO 20 DE NOVIEMBRE ..................... ............. ............ 20 6.7.1 Procedim Procedimiento iento ................................................................. ............................................................................... .............. 24 6.7.2 Observac Observaciones iones .............................................. ........................................................................ ................................ ...... 25 6.7.3 Referenc Referencias ias ........................................ .................................................................. ............................................ .................. 25 6.8 SEGUNDA VERSIÓN - SÁBADO 26 DE NOVIEMBRE NOVIEM BRE ................ ........ ................ .......... 25 6.8.1 Procedim Procedimiento iento ................................................................. ............................................................................... .............. 25 6.8.2 Diseño de los Componentes en Inventor .................................... 27 6.8.3 Bosquejo del Mecanismo, Primera Versión ................................ 29 6.8.4 Diseño de los Componentes en Pepakura Model (versión 3.2) . 30 6.9 TERCERA VERSIÓN – SÁBADO 3 DE DICIEMBRE .............. ...... ................ .............. ...... 33 6.9.1 Procedim Procedimiento iento ................................................................. ............................................................................... .............. 33 6.9.2 Planos de cada una de las piezas del caballo ................ ........ ................ ............. ..... 34 7. SOFTWAR SOFTWARES ES USAD USADOS OS ................................................. ........................................................................... ............................. ... 49 7.1 AUT AUTODESK ODESK INVENTOR INVENTOR ................................................ ........................................................................ ........................49 7.2 3D MAX ........................................ .................................................................. ................................................... ................................ ....... 50 50 7.3 PEPA PEPAKURA KURA .................................................. ............................................................................ ......................................... ............... 51 7.4 AUT AUTOCAD OCAD ................................................ .......................................................................... ............................................. ...................52 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ................ ........ ................ ................ ............... ............... ........ 53 8.1 CONCLUSION CONCLUSIONES ES .............................................. ....................................................................... ..................................... ............53 8.2 RECOMENDA RECOMENDACIONE CIONES S .................................................. .......................................................................... ........................ 54 54 9. AN ANEXOS EXOS............................................................. ....................................................................................... ......................................... ...............55


9.1 VIDEO SOBRE EL DISEÑO DE PROTOTIPO ................ ........ ................ ................ ............... ....... 55 9.2 VIDEO SOBRE EL MODELO CINEMÁTICO DEL CABALLO DE PAPEL55 9.3 ENLACES ENLACES DE INTERÉS INTERÉS ............................................................. ........................................................................ ...........56 10. BIBLIOGRA BIBLIOGRAFIA FIA ................................................ ......................................................................... ......................................... ................56


INDICE DE GRÁFICOS

Figura Nº 1: Disposición de las partes de la pata del caballo…………………….. 11 Figura Nº 2: Trayectoria T rayectoria del punto G……………..………………………………….. 11 Figura Nº 3: Sistema de articulación cilíndrica……………………………………… 13 Figura Nº 4: Dimensiones de las articulaciones del caballo………………………. 21 Figura Nº 5: Dimensiones a escala 2 de centro a centro de cada pieza…………. 22 Figura Nº 6: Diseño de explote de una u na de las articulaciones del caballo………… 22 Figura Nº 7: Trazos iniciales de las principales piezas del caballo……………….. 23 Figura Nº 8: Primer intento de simular el empalme entre articulación y pata……. 24 Figura Nº 9: Disposicion de los ejes y articulaciones……………………………... 26 Figura Nº 10: Articulación……………………………………………………………. 27 Figura Nº 11: Cabeza…………………………………………………………………. 27 Figura Nº 12: Cuello 1…………………………………………………………………. 27 Figura Nº 13: Cuello 2…………………………………………………………………..27 Figura Nº 14: Cuello 3…………………………………………………………………. 28 Figura Nº 15: Hombro………………………………………………………………….. 28 Figura Nº 16: Palanca…………………………………………………………………..28 Figura Nº 17: Pata……………………………………………………………………… 28 Figura Nº 18: Rueda…………………………………………………………………….28 Figura Nº 19: Chasis…………………………………………………………………… 29 Figura Nº 20: Bosquejo del mecanismo………………………………………………29 Figura Nº 21: Desarrollo de la articulación…………………………………………...30

Ingeniería del Producto Figura Nº 22: Desarrollo de la cabeza……………………………………………….. 30 Figura Nº 23: Desarrollo del cuello 1 …………………………………………………. 30 Figura Nº 24: Desarrollo del cuello 2 …………………………………………………. 31 Figura Nº 25: Desarrollo del cuello 3 …………………………………………………. 31 Figura Nº 26: Desarrollo del hombro…………………………………………………. 31 Figura Nº 27: Desarrollo de la palanca………………………………………………. 32 Figura Nº 28: Desarrollo de la pata……………………………………………………32 Figura Nº 29: Desarrollo de la rueda…………………………………………………. 32


1. INTRODUCCION El caballo es un sistema dinámico simple que puede simular el andar de un animal cuadrúpedo como el del caballo cuyos movimientos son controlados por un solo elemento que podría ser un motor. El robot es un sistema dinámico que usando mecanismos basados en la construcción de ejes interiores permite el movimiento entre dos extremidades. Actualmente no existe algún juguete que esté basado en un mecanismo similar, además que las empresas regularmente en Perú importan juguetes de otros países en lugar de desarrollar iniciativas nuevas y con innovación. Por lo tanto, nos hemos planteado la pregunta, si es posible desarrollar un juguete para niños basado en el mecanismo de Theo Jansen y de la misma manera del Robot, y en consecuencia, diseñar las piezas adecuadas, adecuadas, tamaño y planos para p ara cada tipo de prototipo.


2. RESUMEN El presente trabajo se realizó porque para armar un objeto o prototipo se requiere de planos, vistas, modelos, diseños de cada una de las piezas del objeto, tanto del caballo como del robot. Así mismo, el usuario final requiere conocer la disposición de las piezas en ambos objetos para poder armarlo. Este trabajo se realizó para que el equipo de armado del proyecto tenga las medidas, consideraciones, acotaciones necesarias del trabajo y puedan realizar el armado de una manera correcta ahorrando material y recursos humanos. El presente informe contiene principalmente los objetivos, criterios, desarrollo de los diseños y las conclusiones en general. Se ha tratado de incluir el mayor detalle de las diferentes etapas en el desarrollo para definir el modelo de cada una de las piezas, incluyendo planos en papel, prototipos, borradores, planos explotados, entre otros.


3. JUSTIFICACIÓN La importancia de este trabajo radica principalmente en que se proporcionará una información disponible al equipo de armado mediante los planos y con los cuales podrá dar paso al proceso de manufactura.

Los planos tendrán características que considerarán los criterios para que el sistema de articulación y movimientos se den de la manera correcta, sin que esta sufra algún problema o se obstruya cuando esté en funcionamien f uncionamiento. to.

4. OBJETIVOS DEL EQUIPO 4.1. Objetivo general El objetivo general de este informe es diseñar las piezas y elaborar los planos de las piezas de cada uno de los prototipos.

4.2. Objetivos específicos a) Proponer un diseño diseño innovador innovador cuyas piezas piezas permitan un armado fácil del juguete despertando el interés del niño. b) Cumplir con los requerimientos requerim ientos de los demás equipos del proyecto a través de la retroalimentación constante. c) Seleccionar y utilizar correctamente los fundamentos mecánicos mecánicos que que proporcionen un valor agregado a nuestro diseño. d) Mejorar el diseño de los los prototipos ya definidos enfocándonos enfocándonos hacia un modelo de juguete infantil. e) Utilizar las herramientas informáticas adecuadas que nos permitan trabajar eficientemente en el transcurso del desarrollo del trabajo. f) Entregar los planos planos desarrollados desarrollados de cada una una de las piezas piezas de dichos prototipos.

Ingeniería del Producto g) Elaborar un informe con los detalles detalles del proceso de diseño de las las piezas en la wiki. h) Describir la secuencia secuencia de trabajos trabajos realizados, criterios seguidos seguidos y resultados obtenidos, en la coordinación con cada equipo de trabajo del proyecto.

5. CONCEPTOS USADOS Para la elaboración del diseño nos hemos basado en algunos conceptos relacionados a sistemas sistemas

mecánicos procurando procurando de dar dar un sustento sustento

científico a cada paso tomado en el desarrollo de este trabajo. Cuando dos

sólidos

están

unidos

mediante

articulación

el

conjunto

cinemáticamente el número de grados de libertad suprimidos por la articulación es como mínimo igual a la dimensionalidad del espacio.

5.1 MECANISMO DE THEO JANSEN 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 Scheveningen al sur de Holanda, vive y trabaja actualmente en Holanda, durante los últimos 10 años ha estado diseñando y perfeccionando estas máquinas que evolucionan con un algoritmo evolutivo donde el criterio principal para la evolución de éstos es el rendimiento de los elementos a la tarea encomendada, y utilizando los errores y las mejoras de las evoluciones para mejorar con la siguiente evolución. 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 mecanismo que ha creado Theo Jansen destacan: Geneticus, Rinoceronte, Sabulosa y Ventosa en las que el viento ha sido utilizado como motor.

5.1.1 Descripción del mecanismo Este mecanismo está formado por 7 sólidos, de los cuales 5 articulaciones y 2 áreas fijas, como se muestra en la figura; fi gura; debe notarse que el eje al cual está adherido el motor se encuentra en el punto O,

Ingeniería del Producto además el punto C es fijo y va con el punto O alineados en lo que puede llamarse el chasis o cuerpo del animal o mecanismo.

Figura 1: Disposición de las partes de la pata del caballo.

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

Figura 2: Trayectoria del punto G. La ventaja de esta trayectoria es que si el suelo es irregular la distancia entre el mecanismo y el suelo es corta y se puede suspender de mejor forma. Este mecanismo hace que sus medidas no puedan ser

Ingeniería del Producto cualesquiera, sino que han de ser prácticamente la escala original; aunque permite pequeñas modificaciones para optimizar la trayectoria del punto G en función de los pasos de la máquina, en la siguiente tabla se ven las medidas originales a escala que Theo Jansen diseñó:

Tabla 1: Dimensiones originales del modelo de Theo Jansen.

5.1.2 Ventajas y desventajas del mecanismo Las medidas que definió Theo Jansen han sido de tal manera que se busca una minimización de las fuerzas inerciales que aparecen cuando una de las patas permanece en el aire lo que puede provocar la desestabilización

del

mecanismo.

Por

ello,

si

cambiamos

dimensiones corremos el riesgo de provocar dicha desestabilización.

las


5.2 Articulación cilíndrica

Figura 3: Sistema de articulación cilíndrica

Para lograr una correcta interacción cinemática entre los diversos elementos del caballo hemos utilizado articulaciones cilíndricas. Una articulación cilíndrica en tres dimensiones, que puede realizarse mediante un pasador cilíndrico o bulón, elimina tres grados de libertad traslacionales y dos grados de libertad de orientación, haciendo que los dos sólidos compartan un eje de giro común. En dos dimensiones no puede distinguirse entre articulaciones cilíndricas y esféricas, ya que en una estructura o mecanismo plano sólo se suprimen grados de libertad traslacionales.

6. DESCRIPCIÓN Y METODOLOGÍA El presente trabajo de diseño del caballo de juguete hecho en papercraft, el cual consta de 11 piezas principales, tuvo como finalidad reproducir los movimientos que realizan las patas de un caballo de verdad, tomando como pauta uno de los modelos cinemáticos de Theo Jansen. Los rangos de movilidad están en base a restricciones dadas por este modelo y las dimensiones del sistema completo son las de un juguete promedio.

El propósito de este proyecto es la investigación de nuevas formas de diseños de juguetes articulados que emulan el movimiento de sistemas biológicos, en este caso de las extremidades que dotan al caballo de

Ingeniería del Producto una capacidad para desplazarse realizando un movimiento característico y atractivo para el niño.

El caballo diseñado cuenta con una pieza que emula hombros y muslos, 1 pieza que imitan a las patas, una rueda el cual transmite el movimiento de todas las demás piezas, la cabeza que también cuenta con un movimiento de vaivén y un conjunto de soportes, articulaciones, ejes y guachas que permiten el ensamble de todas estas piezas. Esto le permite realizar al sistema ensamblado un conjunto de movimientos siguiendo puntos de trayectoria curvilínea similares a los que realiza un caballo.

El objetivo principal de este trabajo es que el diseño final del sistema tenga movimientos muy similares a los de un caballo y que sea capaz de desplazarse.

6.1 Criterios de Trabajo Se tomó como criterios en la elaboración de los desarrollos de las piezas en Pepakura versión 3.2: 

Formas adecuadas que proporcionen facilidad para el recorte de las piezas.



Dimensiones adecuadas adecuadas para un fácil ensamblado.



El correcto encaje del desarrollo de cada pieza en las hojas para su presentación



El correcto funcionamiento de las articulaciones en el prototipo ensamblado.



Moderado tiempo de armado que tendrá el prototipo.



Estética del prototipo, procurando que las dimensiones de las piezas logren tener una semejanza a un caballo tanto en apariencia como en el movimiento.



Minimizar la fricción entre los componentes de modo que se minimice el desgaste de las piezas.


6.2 Limitaciones generales del proyecto



Se pudo determinar recién con precisión las dimensiones del chasis ya que el motor recién ha sido proporcionado el día 29 de Noviembre.



Aun no encontramos un mecanismo de articulación óptimo para el caballo que soporte los movimientos y desgastes continuos continuos a los que estará sometido el prototipo.



El programa Pepakura es una aplicación simple en la que no se pueden acotar piezas, este programa funciona bajo la simple lógica de ajustar las piezas al tamaño



del papel por lo que se tiene que incurrir en muchos tanteos para lograr obtener la pieza con las dimensiones deseadas. deseadas.



Inicialmente se optó por elaborar el diseño de las articulaciones del caballo tomando como modelo el mismo mecanismo que se usa en las articulaciones del robot, pero este modelo fue descartado debido a la complejidad que este tendría en el proceso de armado, el excesivo tiempo que tomaría, a la dificultad que representa la elaboración de estas articulaciones debido a las dimensiones del caballo y a la poca estabilidad que da este mecanismo a la estructura que incluso debe ser resistente a los rápidos movimientos que realicen las articulaciones (estas articulaciones serían muy pequeñas y serían muy difíciles de recortar).

6.3 REQUERIMIENTOS El equipo de diseño contó con los siguientes sig uientes requerimientos: 

Computadoras core2duo con procesador intel y 4Mb de RAM que soporta los requisitos de los l os software usados.



Programas de diseño como Autocad, Inventor 3D Max y Pepakura model.



Papel bond, cartulina, lápices, reglas de dibujo.


6.3.1 Materiales Se usaron cartulinas dúplex para la realización de prototipos de prueba, estos prototipos nos ayudaron a pulir nuestros diseños corrigiendo los defectos encontrados. encontrados. En un inicio se comprobó el movimiento en 2D, es decir, usamos palitos y unimos cada unas de las piezas de las patas con broches. En seguida, con los diseño en 3D de cada unas de las piezas, usamos cartulina dúplex para ver principalmente el acople entre las piezas.

6.4 ORGANIZACION DEL TRABAJO Se ha desarrollado un cronograma para el diseño del prototipo 1, sin embargo es necesaria la intervención del área de proveedores para conseguir los materiales. Lo más importante es que consigan lo antes posible el motor requerido, se explicó que podría ser un motor eléctrico de un carrito de juguete, esto sería ideal pues estos carritos cuentan con una caja reductora de engranes que permitirán transferir la potencia del motor al modelo y así suministrarle la fuerza de giro que se necesita, además deben conseguir las cartulinas adecuadas para la elaboración del prototipo así como el pegamento, las baterías para el motor eléctrico y un potenciómetro para controlar la velocidad del motor (esto es opcional).


Cronograma inicial de trabajo: Tabla 2: Cronograma inicial de trabajo Presentación del bosquejo de todas las piezas. Presentación

de

las

piezas

explotadas con medidas. Adquirir un motor eléctrico con caja rectora. Presentación del modelo en software. Presentación en planos de prototipo al área de manufactura.

Sábado 19 de noviembre

Domingo 20 de noviembre

Lunes 21 de noviembre Martes 22 de noviembre Miércoles 23 de noviembre

Cronograma real de trabajo Tabla 3: Cronograma real de trabajo Presentación del bosquejo de todas las piezas. Presentación de las piezas explotadas con medidas. Adquirir un motor eléctrico con caja rectora. Presentación del modelo en software. Presentación en planos de prototipo al área de manufactura.

Domingo 20 de noviembre

Sábado 26 de noviembre

Sábado 26 de noviembre Jueves 01 de diciembre Jueves 01 de diciembre

6.5 DIVISION DEL TRABAJO La división del trabajo en el equipo de diseño ha sido en base a la disponibilidad de cada uno de los miembros, de sus conocimientos técnicos en diseño, y de su empeño durante el desarrollo del proyecto. Para presentar los entregables que se encuentran en la tabla anterior, el equipo ha realizado 10 reuniones de una duración promedio de 2 horas y con una participación promedio de 3 integrantes (los miembros del equipo de diseño son 4). Aún

Ingeniería del Producto cuando un miembro del equipo no ha podido estar presente se le ha encomendado encomendado una tarea específica que justifique su inasistencia. 

Para la presentación del bosquejo de todas las piezas han participado: Erick Guerrero, Paolo Hidalgo y Michel Sagaz. Este entregable fue revisado por Omar Villar quien también diseño algunas piezas que con la facilidad del software ha tenido una visión más clara del acople entre cada una de ellas. Esta tarea fue crítica en el sentido que solicitamos al equipo de proveedores las dimensiones del motor para poder tener las medidas exactas del caballo. Así mismo, el diseño de la cabeza, cuello y cuerpo del caballo fue un diseño propio del equipo y su adherencia y acople con otras piezas también fue un diseño propio debido a las características particulares de nuestro modelo y a ser diferenciales.



La presentación de las piezas explotadas estuvo encargada a Omar Villar y la impresión de cada uno de los planos estuvo encargada a Michel Sagaz, Erick Guerrero y Paolo Hidalgo. La presentación de las piezas explotadas tuvo su punto crítico cuando se requería de un software intermediario para poder transformar archivos que el Pepakura Model pueda reconocer. El equipo de diseño tuvo que investigar y llevar a cabo dicho procedimiento ocurriendo que hubieron variaciones en las dimensión del diseño inicial, nuevamente, se tuvo que hacer las correcciones en los planos ajustando la escala en el Pepakura Model. Fue una labor en equipo.



Adquirir un motor con caja rectora, básicamente esta tarea fue de inspección entre cada uno de los miembros del equipo de diseño llegando a la conclusión de que el primer motor suministrado no contaba con nuestro requisitos planteados, porque en equipo discutimos las dimensiones aproximadas y características del motor.



Presentación del modelo en software consistió en un entregable que dedico varias etapas y reuniones en el equipo. Omar Villar fue en encargado principal con la ayuda de cada uno de nosotros desde el punto de vista del funcionamiento y acople de las piezas.



Presentación de los planos al equipo de manufactura fue una tarea realizada por Paolo Hidalgo, Michel Sagaz y Erick Guerrero donde en

Ingeniería del Producto Autocad debíamos realizar los planos de las vistas de cada una de las piezas y la vista isométrica.

6.6 INTERACCION CON OTROS EQUIPOS 6.6.1 Interacción con el Equipo de Psicología 

Los niños deben interactuar con juguetes armables en los que el tiempo de armado sea relativamente pequeño ya que un tiempo excesivamente grande aburre a los niños, es por eso que nuestro diseño debe contemplar el tiempo de armado del prototipo. pr ototipo.



El

tamaño

de

las

piezas

deben

tener

unas

dimensiones

determinadas de tal manera que las piezas sean fácilmente manipulables, los cartones deben ser fáciles de doblar y de recortar. 

Las características de las piezas deben ser tales que no permita daños del niño, es por eso que hemos considera en nuestro diseño piezas con extremos curvilíneos.

6.6.2 Interacción con el Equipo de Proveedores 

Motor: Fue necesaria y decisiva la información sobre el motor (RPM,

torque,

peso,

volumen)

para

poder

determinar

las

dimensiones de la base chasis del caballo, asimismo para poder determinar la factibilidad del movimiento de éste ya que el motor debe proporcionar un torque mínimo. 

Ejes: el diámetro de los ejes tuvo que estar acorde a los agujeros de las piezas donde iban ensambladas (hombros, piernas y las diversas articulaciones) asimismo estos ejes debían tener la dureza adecuada para poder resistir a los movimientos giratorios.



Cartulina: fue importante conocer la textura y dureza de la cartulina ya que esta determinaba la facilidad de armado y según eso tuvimos que proponer unas dimensiones adecuadas para que la cartulina pueda doblarse adecuadamente.


6.6.3 Interacción con el Equipo de Armado y Manufactura 

Piezas pequeñas tales como las huachas y ejes tuvieron que ser modificados al presentarse dificultad en su recorte.



Hubo constante asesoría por parte de nuestro equipo hacia el equipo de manufactura debido a la dificultad inicial de no conocer la posición, ubicación y manera de ensamble de cada una de las piezas, esto se verá facilitado en el producto final ya que este contara con un manual de instrucciones de armado.

6.6.4 Interacción con el Equipo de Explicación Cinemática 

El estudio cinemático y dinámico del mecanismo de Theo Jansen nos

proporciono

información

para

determinar

medidas

y

proporciones adecuadas para las piezas de modo tal que cumplieran condiciones para un adecuado movimiento.

6.6.5 Interacción con el Equipo de Presentación del Producto 

A este equipo tuvimos que proporcionarle un primer bosquejo del diseño con el cual pudieron realizar sus primeros modelos de portada.

6.6.6 Interacción con el Equipo de Diseños Alternativos 

El equipo de Diseños Alternativos tuvo que buscar diseños similares a los ya propuestos del robot y del caballo, procurando que estos diseños alternativos conservaran los movimientos similares a los de sistemas sistemas biológicos, que fueran

prototipos

armables y que tuvieran articulaciones similares a las del caballo o del robot.

6.7 Primera versión - Domingo 20 de noviembre En esta primera versión se ha procedido a diseñar las piezas en la vista tridimiensional, conforme nosotros hemos entendido el funcionamiento del sistema, principalmente de las patas y articulaciones que posee y considerando las medidas que en la siguiente figura se muestra. Primero se tomaron las proporciones de las distancias entre cada una de las articulaciones con la ayuda de una imagen captada de uno de los videos

Ingeniería del Producto de internet en donde se aprecia el principio del movimiento de Theo Jansen, estas distancias fueron medidas manualmente. El punto giratorio es distinto para cada par de patas en ambos lados del caballo y ambos puntos están desfasados desf asados un ángulo ángul o de 120°. 120°. Se ampliaron las medidas de la pieza para obtener un tamaño adecuado pero guardando la misma proporción, optando por un tamaño apropiado para un fácil armado de las articulaciones y pegado de las pestañas dobladas en cada pieza.

Figura 4: Dimensiones de las articulaciones del caballo. Con dichas dimensiones se han podido elaborar los siguientes esquemas que se muestran en las siguientes figuras:


Figura 5: Dimensiones a escala 2 de centro c entro a centro de cada pieza.

En esta figura, hemos considerado las distancias de la figura anterior, pero de centro a centro de las piezas binarias y ternarias. Además se decidió que el punto A se ubicaría en la circunferencia de la región circular con centro O. Esta figura es una de las articulaciones es el segmento AB o AE de la figura anterior.

Figura 6: Diseño de explote de una de las articulaciones del caballo.

Ingeniería del Producto En esta figura, se puede apreciar los primeros trazos de las piezas del caballo y a su alrededor las piezas explotadas listas para armar. Cabe mencionar que no se muestran todas las piezas de las extremidades dado que algunas son similares, es decir, se hizo el desarrollo de las articulaciones, el hombro, la pata y la palanca que va unidad a la región circular que va al centro del mecanismo.

Figura 7: Trazos iniciales de las principales piezas del caballo. En esta figura, se muestran las articulaciones con la pata plegadas en un intento de poder simular si funciona la articulación de ambas piezas y pensando en manejar posibilidades para los ejes que las pueden unir.


Figura 8: Primer intento de simular el empalme entre articulación y pata.

6.7.1 Procedimiento 1. Se examinaron y se determinaron las proporciones del caballo en un plano bidimensional, dichas proporciones fueron extraídas de una tesis en el cual mostraban los rangos de medidas que deberá existir entre sus piezas para que esta pueda funcionar de manera correcta. 2. Se procedió a dar dar las tolerancias de cruce o intersección intersección entre las partes de las piezas, debido a que las proporciones tomadas en el punto anterior fueron de centro a centro. 3. Se

analizó

la

forma for ma

de

las

piezas

de

las

extremidades

principalmente: pata, hombro, articulaciones y palancas. En esta primera versión se diseñaron 3 tipos de palancas. Además se consideró que los extremos y las esquinas de cada una de las piezas iban a tener una forma curvilínea, debido a que para usos del usuario debían ocasionar el menor daño posible. 4. Se trazaron las piezas piezas en papel y cartulina para para luego proceder al recorte de las mismas.


6.7.2 Observaciones



El equipo de diseño fue consciente de que dependía mucho de nuestro trabajo, de los planos que entregáramos al equipo de armado, para el éxito del proyecto y que finalmente pueda funcionar el Caballo y el Robot. Por ello, el equipo de diseño ha tenido muy en cuenta las dimensiones de las piezas, el material, el tamaño del motor de manera que hemos dado las recomendaciones necesarias a los demás equipos.



En esta primera versión no se pudo realizar el diseño del chasis, cola, cabeza y cuello del caballo debido a que faltaba conocer las dimensiones del motor ya que esto servía para determinar el ancho del cuerpo del caballo y por tanto de las demás piezas. Fue importante entonces la coordinación con el equipo de proveedores.

6.7.3 Referencias Indicamos los siguientes enlaces que sirvieron como referencia para los procedimientos y observaciones indicados anteriormente. 

http://www.youtube.com/watch?v=EgBQ8d http://www.youtube.com/watch?v=EgBQ8do_tcA&feature=playe o_tcA&feature=player_em r_em bedded



http://www.youtube.com/watch?v=vUS0TspJD http://www.youtube.com/watch?v=vUS0TspJDmY&feature=playe mY&feature=player_e r_e mbedded

6.8 Segunda versión - sábado 26 de noviembre 6.8.1 Procedimiento 1. Las piezas que al inicio habían sido trazadas en papel, con las dimensiones a escala 2 a 1 los cuales fueron trasladas al programa Autodesk Inventor. 2. Tomando en cuenta cuenta el criterio estético se optó por dar una mayor medida al largo de las patas para poder hacer el prototipo más semejante a un caballo.

Ingeniería del Producto 3. La parte más difícil difícil de esta segunda etapa etapa fue el diseño de la parte central donde va colocada la rueda y en donde se conectan 4 piezas en un tambor cilíndrico los cuales son repetidos(X2) por simetría. 4. Se tomó la decisión decisión de hacer hacer un diseño tal como el que se aprecia aprecia en la figura 29, para esto las piezas tuvieron que ser rediseñadas tomando en cuenta los desniveles o escalones que contienen las piezas y las distancias de estos escalones para poder lograr adecuados ángulos de giro en las articulaciones. 5. En la figura 29 se aprecia la parte lateral del caballo caballo en una vista horizontal (desde arriba) en la que se conecta la rueda con las 4 piezas denominadas PALANCA al tambor cilíndrico.

Figura 9: Disposicion de los ejes y articulaciones arti culaciones 6. Se probó el funcionamiento funcionamiento en inventor el acople entre dos dos o más piezas. 7. Se diseñó el cuerpo, cuello y cabeza del caballo en el mismo programa Autodesk Inventor. 8. Luego de esto se procedió a diseñar la cabeza y el cuello del caballo tomando en cuenta la locomoción que ambas partes deben tener y procurando que este movimiento sea parecido al de los mecanismos observados en los videos de youtube.


6.8.2 Diseño de los Componentes en Inventor

Figura 10: Articulación

Figura 11: Cabeza

Figura 12: Cuello 1

Figura 13: Cuello 2


Figura 14: Cuello 3

Figura 15: Hombro

Figura 16: Palanca

Figura 17: Pata

Figura 18: Rueda


Figura 19: Chasis

6.8.3 Bosquejo del Mecanismo, Primera Versión

Figura 20: Bosquejo del mecanismo


6.8.4 Diseño de los Componentes en Pepakura Model (versión 3.2)

Figura 21: Desarrollo de la articulación

Figura 22: Desarrollo de la cabeza

Figura 23: Desarrollo del cuello 1




Figura 26: Desarrollo del hombro


Figura 27: Desarrollo de la palanca

Figura 28: Desarrollo de la pata

Figura 29: Desarrollo de la rueda


6.9 Tercera Versión – sábado 3 de Diciembre 6.9.1 Procedimiento 1. Se utilizó el programa programa 3D Max Max Model para transformar transformar los archivos de Autodesk Inventor a archivos que puedan ser reconocidos por Pepakura Model 3.2. 2. Se han realizado las las piezas del caballo en el programa programa pepakura Model 3.2 una vez realizada el cambio de formato en 3D Max introduciendo cada vez las modificaciones necesarias, para poder minimizar los costes en tiempo, dinero y material. 3. Se opto por dar algunos ajustes de escala debido a que las impresiones sacadas en hojas, mostraban un cambio de estas medidas (escala), y nuestro equipo necesitaba que estas medidas se mantuvieran ya que esta fue diseñada en escala real para que fuere armable de manera correcta una vez terminada el diseño. 4. Si bien se desarrollaron desarrollaron las partes del caballo caballo tales como: hombros patas, articulación, palancas, rueda o tambor cilíndrico. Con el aporte del equipo de proveedores en cuanto a las dimensiones del motor, pudimos terminar el ancho del cuerpo de la extremidad central del caballo, como el chasis, cuello y cabeza del mismo.


6.9.2 Planos de cada una de las piezas del caballo

34



35



36



37



38





41



42



43



44



45



46




48

7. SOFTWARES USADOS En el desarrollo del diseño del prototipo del producto usamos los siguientes programas:

7.1 Autodesk Inventor Autodesk Inventor es un paquete de modelado paramétrico de sólidos en 3D producido por la empresa de software Autodesk.

7. SOFTWARES USADOS En el desarrollo del diseño del prototipo del producto usamos los siguientes programas:

7.1 Autodesk Inventor Autodesk Inventor es un paquete de modelado paramétrico de sólidos en 3D producido por la empresa de software Autodesk.

Ventajas Los productos Inventor también ofrecen gran variedad de herramientas que simplifican la adopción del diseño 3D y la transición desde AutoCAD. Todas las combinaciones de productos Inventor incluyen la última versión de AutoCAD Mechanical para cuando se requiere una herramienta de dibujo 2D mecánico muy productiva. 49


Desventajas El equipo de diseño tenía formación más en AutoCad por lo que se hizo un tanto complicado manejar conceptos, herramientas para hacer modiicaciones con el Inventor. Así mismo, los demás equipos también tienen formación en AutoCad, entonces no era posible una comunicación vía este software, por ello se realizaron planos en 3D, isométricos, vistas de explote para su mejor comprensión.

7.2 3D Max Es un programa de animación. Tiene capacidades de modelado, es capaz de ser utilizado en la plataforma Microsoft Windows. Es frecuentemente utilizado por los desarrolladores de videojuegos, estudios de televisión comercial y estudios de arquitectura de visualización. También lo podemos utilizar para la realización de películas. Sin embargo, este programa nos permitió cambiar de formato del diseño desarrollado en el programa inventor y nos sirvió como un puente para luego trabajarlo en el programa Pepakura el cual nos entregó el desarrollo desplegable de cada pieza del producto.

50


Ventajas 

Es compatible con la importación y vinculación de archivos DWG.



Ofrece operaciones para la textura creativa y cartografía plana, incluyendo mosaico, espejo, calcomanías, ángulo, rotar, desenfocar, UV estiramiento y la relajación.

Desventajas 

Tiene muchas herramientas que no han sido aprovechados por las necesidades del proyecto.



No es un software conocido entre los miembros del proyecto.

7.3 Pepakura Pepakura es un programa que permite obtener la explosión de piezas en 3D para poder luego ser recortadas y finalmente armadas.

51


Ventajas 

Nos permite explotar un sólido para poder cortarlo de la manera más adecuada ahorrando recursos de material.



Luego de elaborar estos diseños usando el programa Pepakura hemos podido concluir que este programa ha sido de gran utilidad ya que es una solución al difícil problema de imaginar el desarrollo de una pieza de relativa complejidad.

Desventajas 

El programa Pepakura es una aplicación simple en la que no se pueden acotar piezas, este programa funciona bajo la simple lógica de ajustar las piezas al tamaño del papel por lo que se tiene que incurrir en muchos tanteos para lograr obtener la pieza con las dimensiones deseadas.

7.4 Autocad Autodesk AutoCAD es un programa de diseño asistido por computadora para dibujo en dos y tres dimensiones. Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk.El Autodesk. El término AutoCAD surge como creación de la compañía Autodesk, teniendo su primera aparición en 1982. AutoCAD es un software reconocido a nivel internacional por sus amplias capacidades de edición, que hacen posible el dibujo digital de planos de edificios o la recreación de imágenes en 3D.

52


Ventajas 

Debido a la relativa facilidad que nos provee el programa AutoCad, pudimos realizar las vistas y poderlas acotarlas.



AutoCad nos facilitó sus herramientas para hacer los planos finales que entregaríamos al equipo de manufactura.

Desventajas 

El AutoCad no provee una modelización dinámica de los sólidos, el proyecto necesitaba ver el funcionamiento de los acoples y cada una de las piezas del caballo y robot.



Muchos de los miembros del equipo y del proyecto no tenían instalado el AutoCad en sus portátiles lo que dificultó la comunicación y la transferencia de archivos e información entre nosotros.



Muchos miembros del proyecto desconocían las bondades del autocad para el desarrollo de planos o modificación de imágenes o planos ya que habían dejado de practicar el software.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8.1 CONCLUSIONES



La realización de este proyecto, ha refrescado los conocimientos de algunas de las asignaturas de la carrera, conocimientos muy importantes para un ingeniero industrial como puede ser Diseño Asistido por Computadora. También ha permitido ampliar los conocimientos en el uso de las herramientas informáticas existentes necesarias en el desarrollo de este trabajo como es en el caso del programa pepakura, y el diseño de piezas pensando en cómo se van a realizar estas piezas, para evitar problemas, ya sean económicos o de fabricación.

53

Ingeniería del Producto 

La labor del equipo de diseño en su primera fase es decisiva en cuanto a las consideraciones de las dimensiones, modelo, performance de cada una de las piezas del caballo, así mismo del robot.



El equipo de diseño ha tenido que investigar nuevos mecanismos y formas de acoples para una mejor articulación entre las piezas lo que ha permitido que el caballo tenga un buen performance en su dinámica de movimiento.



Siguiendo los pasos de cada uno de los planos de las piezas es posible armar el caballo y que su funcionamiento sea posible. Sin embargo, cabe mencionar que el equipo de proveedores debe proporcionar un motor que sea capaz de mover el sistema.



La organización del trabajo en el equipo de diseño ha funcionado, las limitantes principales fueron del tipo técnico y de tiempo.



La coordinación con los demás equipos de trabajo ha funcionado, las limitantes principales fueron de tiempo y comunicación.



El trabajo del equipo de diseño está íntimamente relacionado al equipo de manufactura trabajando ambos prácticamente en conjunto y recibiendo retroalimentación uno del otro.



Un adecuado canal de comunicación entre los equipos es necesario y decisivo para la rapidez y eliminación de tiempos muertos en el desarrollo del proyecto.

8.2 RECOMENDACIONES 

Es recomendable que el juguete tenga una guia de cómo armarlo, debido a su regular complejidad para los niños.



El equipo de diseño ha debido de 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 repercute en alguna forma en el diseño de cada una de las piezas.

54

Ingeniería del Producto 

El trabajo entre los equipos ha debido de ser en paralelo, no secuencial, eso ha permitido demoras en el tiempo de entrega de los informes.



La comunicación de los delegados he debido de ser algo más efectiva, el uso de herramientas 2.0 no ha solucionado el aceleramiento de entrega de informes. las horas de clases han debido ser los momentos en que se debió aprovechar la coordinación entre todos los equipos.



Los miembros del equipo de diseño han debido de manejar las nuevas herramientas para el diseño como Inventor, 3D Model y Pepakura. Esta limitante ha sido un factor crítico en la demora de cada uno de los entregables.



El equipo de diseño tiene que profundizar en el conocimiento de conceptos mecánicos que permitan un desarrollo sustentado del trabajo, principios tales como el análisis de fuerzas cortante, de debilitamiento, de aplastamiento, desgarro y flexión que tienen lugar en cada uno de los ejes del prototipo.

9. ANEXOS 9.1 Video sobre el Diseño de Prototipo http://www.youtube.com/watch?v=CufN43By79s&feature=player_embedded En este vídeo se aprecia el mecanismo es muy simple y aun así estimula la imaginación por los movimientos que realiza. La idea del juguete es que sea un producto que estimule el desarrollo de las habilidades de los niños pues tiene que ser educativo y debe contar con mecanismos simples, por tanto el producto

propuesto por el área de diseño es un “autómata elaborado con técnicas de papercraft”. El papercraft es un pasatiemp o el cual consiste en construir modelos 3d hechos en papel.

9.2 Video sobre el Modelo Cinemático del Caballo de Papel http://www.youtube.com/watch?v=Oq7j1m3fjtY&feature=player_embedded 55

Ingeniería del Producto Lo que se quiere lograr es diseñar una estructura hecha con papel (cartulina) lo suficientemente resistente como para lograr recrear el mecanismo de Theo Jansen impulsada por un pequeño motor eléctrico y se propone construir un prototipo como en el siguiente ejemplo, pero con un diseño propio y más sencillo de elaborar, para que los niños sean capaces de construirlo. Este juguete podría venderse en un kit de pliegos de cartulina impresos con las formas de las piezas ya troqueladas, para que el niño las desglose y proceda a doblarlas y pegarlas, además de que el kit traerá un motor listo para instalar sobre el juguete. Además, se podría innovar con otros mecanismos, y ser presentados de la misma manera, pasando a tener una colección de modelos en nuestra galería de productos educativos, pero lamentablemente por el poco tiempo que disponemos solo nos centraremos en desarrollar el mecanismo de Theo Jansen.

9.3 Enlaces de interés 

Entrevista sobre diseño de juguetes: Pedro Reissig: El juguete como objeto de diseño



Principios físicos de los juguetes: http://www.youtube.com/watch?v=LZ5HpHWlDS8&feature=results_video&playnext =1&list=PL3D04567322612CB4 y http://www.youtube.com/watch?v=pat0glCIblo&feature=results_video&playnext=1&l ist=PL3D04567322612CB4



"La Importancia del Diseño en el Desarrollo de Juguetes": “LA IMPORTANCIA DEL

DISEÑO EN EL DESARROLLO DE JUGUETES”

10. BIBLIOGRAFIA 

http://es.wikipedia.org/wiki/Articulaci%C3%B3n_mec%C3%A1nica



http://www.ciar.com.ar/2007/descargas/d_5732_splck1_top_ten_r303h22___37.pdf



http://es.hicow.com/autodesk/autocad/revit-14987.html



http://www.ericksmodels.com/paper/step0.html



http://es.wikipedia.org/wiki/Autodesk_AutoCAD

56

Informe Equipo Diseño

Recommend Documents