En esta entrada vamos a hablar de los elementos encargados de mover nuestro robot: los motores y las ruedas.
Motores
En principio uno podría pensar que la elección de los motores es muy sencilla: se utiliza un motor de corriente continua y ya está. Pero eso no es así. Los motores de continua tienen dos grandes inconvenientes: giran demasiado rápido y, sobre todo, tienen muy poca fuerza. Por tanto, lo que debemos hacer es bajar la velocidad de un motor de continua y aumentarle la fuerza. Eso se consigue añadiéndole al motor una reductora, que no es más que un conjunto de engranajes. Y ahora viene la pregunta: ¿dónde puedo conseguir un motor de continua con reductora? Pues bien, tenemos dos posibilidades: podemos utilizar un servomotor trucado o bien adquirir un motor con reductora específico para robótica. Veamos los dos casos.
Servomotor trucado
Un servomotor es un tipo de motor especial que permite controlar la posición en la que se ubica y mantenerse estable en dicha posición. Se utiliza frecuentemente en robótica y aeromodelismo. Generalmente este tipo de motores tiene un ángulo de giro limitado, que suele ser de 180º.
Internamente un servomotor está formado por los siguiente elementos:
- Un motor de continua
- Una circuitería electrónica junto con un potenciómetro
- Un conjunto de engranajes (reductora)
Como hemos explicado antes, el conjunto de engranajes se utiliza para reducir la velocidad y al mismo tiempo aumentar el par del motor de continua. Por otro lado, el potenciómetro se utiliza para conocer la posición del servomotor, y la circuitería electrónica sirve para poder controlar dicha posición aplicando una serie de pulsos.
A nosotros no nos interesa la electrónica del servomotor, ya que el control del motor lo vamos a hacer desde nuestro microcontrolador. Por tanto, para trucar el servomotor tenemos que hacer dos cosas: eliminar la limitación de girar solamente 180º y eliminar toda la electrónica del interior. De esta forma, habremos transformado un servomotor en un motor de continua con reductora. Existen varias páginas web que explican cómo hacer este trucaje. Una de ellas la tenéis en el siguiente enlace:
Algunos de los modelos de servomotores más utilizados para estas aplicaciones son el Futaba S3003 y el Hitec HS-311 (o alguno similar a estos dos). Aunque son opciones válidas, todos ellos presentan el mismo inconveniente: tienen una reductora grande, lo que les proporciona bastante fuerza pero poca velocidad. Esto se convierte en un inconveniente bastante importante si queremos fabricar robots para participar en una competición de velocidad, como es nuestro caso. Por eso, para construir robots velocistas o rastreadores recomendamos utilizar micromotores de continua con reductora, en vez de servomotores trucados.
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Servomotor Futaba S3003 |
Servomotor Hitec HS-311 |
Micromotor de continua con reductora 
La segunda posibilidad, y la más recomendable, es adquirir un micromotor de continua con reductora especialmente diseñado para robótica. La empresa Pololu, fabricante del famoso robot 3Pi y del controlador Orangután, fabrica también todo tipo de accesorios para robótica, incluyendo motores y ruedas.
Conjunto de micromotores para robótica de la empresa Pololu
Para construir un robot velocista nos interesan los motores más pequeños, llamados Micro Metal Gearmotors. Son motores muy pequeños y ligeros, pero que pueden llegar a ser muy rápidos. Por tanto son perfectos para construir nuestros robots, que podrán competir en un concurso de velocidad.
Micro Metal Gearmotor de Pololu
Dentro de los Micro Metal Gearmotors existen diferentes modelos con diferente valor de reductora. Es muy importante que elijamos correctamente el valor de reductora, puesto que una reductora demasiado grande haría que nuestro robot se moviera más despacio, pero una reductora demasiado pequeña haría que el motor no tuviera fuerza suficiente para mover el robot. Por tanto, como es lógico, la reductora a elegir dependerá del peso de nuestro robot. Las diferentes reductoras que ofrece el fabricante son: 5:1, 10:1, 30:1, 50:1, 75:1, 100:1, 150:1, 210:1, 250:1, 298:1 y 1000:1. A continuación os mostramos una tabla comparativa con las principales características de algunos de ellos:
Para poder competir en condiciones en un concurso de velocidad, lo ideal sería utilizar los micromotores con reductora 10:1 HP, pero para eso nuestro robot debe pesar como máximo unos 125 gramos. Si nuestro robot pesa más, tendremos que utilizar motores 30:1 HP o 50:1 HP.
En nuestro caso, para los robots que vamos a construir con el controlador Baby Orangutan utilizaremos los motores 10:1 HP. Sin embargo, para los robots que fabricaremos basándonos en Pingubot, utilizaremos los motores 30:1 HP, ya que estos robots serán algo más pesados, debido a que la electrónica no es tan compacta, puesto que es de fabricación casera.
Hay que tener especial cuidado con el consumo que los motores HP (high power) presentan en paro, ya que es de 1600mA. Teniendo en cuenta que nuestro robot lleva dos motores, si por cualquier motivo el robot se saliera de la pista y chocara contra una pared y no pudiera avanzar, el consumo del los motores podría llegar a los 3.2A.
Una ventaja de este tipo de motores es que disponen de varios accesorios, como un soporte para engancharlos al chasis, o un encoder que se acopla perfectamente con el motor y la rueda.
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Conjunto motor + encoder + rueda |
Micromotor con soporte para chásis |
Ruedas
Las ruedas son otro elemento muy importante de nuestros robots, por lo que la elección la debemos hacer con cuidado. Podemos tener unos motores muy potentes, pero si las ruedas no son las adecuadas, el robot no se moverá como queremos.
La primera pregunta que nos hacemos es: ¿de qué tamaño deben ser las ruedas? Como suele pasar en estos casos, no existe una solución perfecta. Una rueda de diámetro grande proporcionará al robot mayor velocidad, ya que por cada vuelta de la rueda el robot avanzará mucha distancia. Pero al mismo tiempo levantará mucho al robot del suelo, por lo que el centro de gravedad quedará más alto, haciéndolo más inestable al tomar las curvas. Por contra, una rueda con diámetro menor proporcionará menos velocidad, pero el robot irá más cerca del suelo, y por lo tanto será más estable.
Por tanto, el tamaño de la rueda está muy relacionado con la elección del motor. Si vas a utilizar servomotores trucados, que son más lentos, lo recomendable sería una rueda grande (6-8 cm de diámetro). En caso de usar un micromotor como el 10:1 HP, que tiene velocidad de sobra para nuestro propósito, lo recomendable es utilizar una rueda más pequeña (3-4cm de diámetro), que proporcionará mayor estabilidad.
Otro aspecto a tener en cuenta es el diámetro del agujero para el eje, que debe ser del mismo tamaño que el eje del motor. Los micro metal gearmotors tienen un eje de 3mm de diámetro, por lo que tendremos que buscar ruedas con el mismo tamaño de eje.
En nuestro taller vamos a probar con varias ruedas diferentes, para ver cuál de ellas proporciona mejores resultados. Las ruedas que hemos elegido son las siguientes:
Rueda Pololu de 42x19mm
Está diseñada por la empresa Pololu, y por tanto encaja muy bien en el eje de los micromotores. Es un poco grande y pesada, pero tiene la ventaja de que la llanta tiene una serie de muescas preparadas para acoplarles un encoder del mismo fabricante. Esto es muy útil para programar un algoritmo que permita al robot aprenderse el camino, para poder acelerar o reducir según el trazado.
Rueda Pololu de 32x7mm
Esta rueda también es de la empresa Pololu, por lo que encaja perfectamente en el eje de los micromotores. Su principal ventaja es que tiene un diámetro menor, lo que dará más estabilidad al robot al tomar las curvas. Por contra presenta dos inconvenientes: es un poco estrecha (tan sólo 7mm de anchura), lo que le proporciona menor agarre, y no dispone de las muescas para poder acoplarle un encoder.
Rueda RW2 de 32x11mm
Esta rueda se puede adquirir en tiendas online como Juguetronica o Solarbotics. No es del fabricante Pololu, por lo que no encaja a la perfección con el eje de los micromotores, pero se puede usar sin problemas. Tiene un tamaño ideal, pues tiene un diámetro bastante pequeño pero es suficientemente ancha. Además, es una rueda totalmente lisa, lo que le proporciona mayor agarre. El único inconveniente es que no dispone de las muescas para acoplarle un encoder.
Hasta aquí todo lo que os teníamos que contar acerca de los motores y las ruedas. En la próxima entrada hablaremos del elemento encargado de proporcionar la energía a nuestro robot: la batería. ¡Hasta luego!
