Desafío de movilidiad - Tierra 2 - Paola Chicano, Antonia Jeldes, Paulina Zúñiga
| Título | Desafío de movilidiad - Tierra 2 - Paola Chicano, Antonia Jeldes, Paulina Zuñiga |
|---|---|
| Asignatura | Taller de Fabricación |
| Del Curso | Taller de Fabricación 2021 |
| Carreras | Diseño, Diseño Industrial"Diseño Industrial" is not in the list (Arquitectura, Diseño, Magíster, Otra) of allowed values for the "Carreras Relacionadas" property. |
| Nº | 2 |
| Alumno(s) | Antonia Jeldes, Paulina Zuñiga, Paola Chicano |
Referentes
Referentes Investigativos
Theo Jansen
Ingeniero, científico y escultor cinético, estudió física en la Universidad de Delft. Su trabajo se ha basado en crear seres artificiales capaces de moverse y sobrevivir en playas por un largo tiempo con el fin de incorporar nuevas formas de “vida” que sean capaces de sobrevivir dentro de un hábitat donde rompe con el concepto tradicional de escultura y genera una experiencia estética a través del movimiento.
Aplicaciones: Crear e incorporar criaturas capaces de moverse mediante la fuerza del viento construyendo gigantes estructuras complejas fusionando el arte y la ingeniería.
Boston Dynamics
Boston Dynamics es una empresa dedicada al estudio y producción de robótica. Su misión es la de crear robots excepcionales para enriquecer la vida de las personas. El video presentado hace referencia al robot ‘’’Spot’’’, un robot de exploración autómata para captura de datos. Este imita las características físicas de un perro y/o de otros animales cuadrípedos.
Aplicaciones: Puede estudiarse el comportamiento de las extremidades del robot, su posición y sentido de sus codos, para su posterior aplicación en un modelo mecánico.
Auke Ijspeert - EPFL institute
Profesor en Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. Sus investigaciones abordan desde la biorobótica, el movimiento y traslado animal (animal locomotion) y cómo podemos guiarnos de él para construir modelos más funcionales. Su trabajo investigativo nos explica cuatro tipos de estructuras en vertebrados: Primero, sin extremidades, como el movimiento ondular que realizaría un serpiente, este movimiento se produce a través de una señal que va desde un extremo de la espina al otro. Segundo: En animales vertebrados como la salamandra, que mezcla elementos de la primera estructura pero además con extremidades que se mueven de otra manera emitiendo señales a extremidades opuestas. Tercero, en cuadripeduos como los gatos donde el peso recae en el torso mayoritariamente, pero pese a eso mantiene una estructura preparada para amortiguar y trasladarse eficazmente sin perder el equilibrio. Cuarto, en bípedos como los humanos. Se detalla que las señales y movimientos que podemos observar del mundo animal tienden a ciertos patrones de señales para aquella parte del cuerpo que realiza la fuerza del movimiento. Además se ve que la mayoría del esfuerzo recae sobre la espina y el sistema de vértebras de todos estos seres, más que en las extremidades.
Aplicaciones: Observando la manera en que la espina de los vertebrados ejecuta su función podemos ver cómo se podría aplicar para ejecutar un movimiento coordinado en base a segmentos vertebrales de distintos largos y con o sin extremidades posibles en nuestro objeto.
Referentes del mundo animal
Chanchitos de tierra
Tipo de movimiento: Caminadoras o pereiópodos
Características del animal: Son un tipo de crustáceo terrestre perteneciente al grupo de los Isópodos con su nombre científico Armadillidium vulgare. Su cuerpo es flexible tipo acordeón consta de tres partes: cabeza, tórax y abdomen, y tiene siete pares de patas.
Observación: Su cuerpo tiene un exoesqueleto rígido, segmentado y calcáreo que está recubierto por un caparazón que está dividido en siete segmentos regulares, además tienen la habilidad de hacerse bolita. Este comportamiento es un mecanismo de defensa y lo utilizan cuando sienten que están en peligro.
Aplicaciones: Considerando su caparazón flexible capaz de enrollarse por completo es un elemento de gran utilidad que puede ayudar a transformar un objeto y crear un movimiento que pueda rodar sobre una superficie.
Serpientes
Características
- Reptil
- Vertebrado
- Caracterizado por la ausencia de patas y el cuerpo muy alargado
Movimientos
- Rectilíneo,
- Ondulación simple y lateral,
- Concertina ( Por el símil a abrir y cerrar de un acordeón,
- Sidewinding ( rebobinado lateral).
Observación: El movimiento Sidewinding, permite que las serpientes se trasladen lateralmente pero generando un movimiento de ondulación en un ciclo continuo en donde una vez que la serpiente termina su movimiento ya está volviendo a comenzar y ejecutar este ciclo de forma lateral.
Aplicaciones Este movimiento es particularmente útil en la arena pues concede poco roce (evitar así el contacto con arenas calientes) y hundimiento en la arena ( permitiendo que la serpiente se mueva rapidamente y a través de inclinaciones).
Rana
Tipo de movimiento: Salto.
Caracteristicas del animal: La rana, de la familia ‘’’Ranidae’’’, es un animal anfibio que se caracteriza tanto por su habilidad anfibia como por su salto, llegando a ser este uno de los más poderosos del reino animal en su contexto.
Observacion: Se observa que el salto de la rana no es derecho, sino levemente diagonal ya que cada una de las extremidades de esta cumplen un rol fundamental en él. Este salto característico le permite desplazarse con gran rapidez para alimentarse o escapar de depredadores.
Aplicaciones: el salto de la rana puede ser aplicado a un modelo autómata que busque recorrer grandes distancias en poco tiempo.
Conclusiones y anotaciones
En vista de lo anteriormente descrito debemos ir tomando partido por aquellos proyectos que resuenen con nuestro “Desafío de movilidad”. En nuestro caso el medio por el cual debemos desplazarnos es el terrestre, pero dado las condiciones de la locación (Ciudad Abierta) podemos aplicar esto en tierra, pasto, arena. Por esto nuestras investigaciones se enfocan en buscar referentes que trabajan en estos medios. Como referentes de investigaciones observamos laboratorios de biorobótica y su trabajo para obtener ejemplos de mecánicas y construcción de elementos y sus movimientos. Observando a los animales nos tomamos de un movimiento de arrastre (crawling locomotion) que se puede observar en algunos reptiles e insectos. En el caso de las serpientes se pueden mover a través de la arena con rapidez y poco roce.
Referentes de robots vistos posteriormente
Anotaciones de excursión Ciudad Abierta
Primeros acercamientos de ideación
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BOCETOS PRIMERAS MAQUETAS
Anotaciones junta con biología 13/09
Primera maqueta 23/09
Como primera instancia se propone un objeto en el cual se abstrae el movimiento de ondulación simple que se observa en la serpiente, considerando lo estudiado este reptil contempla 3 puntos de apoyo que se ejercen durante su desplazamiento y esto se ve plasmado en las patas de soporte que contiene la maqueta las cuales están sujetas a un eje que buscan recrear estas oscilaciones. Además este objeto se pensó como un juego de equilibrio el cual pueda rodar y ser capaz de volver a pararse, tal movimiento de desplazarse rodando fue obtenido de la capacidad del chanchito de tierra de comprimir su cuerpo.
Observaciones
Durante el proceso de prueba nos pudimos dar cuenta que el objeto no logra la fuerza suficiente para poder levantarse solo, además que no se a podido concretar que este se desplace por si solo hacia alguna dirección. El movimiento de desplazamiento del Sidewinding en las serpientes deja un patrón de líneas paralelas en la arena. Se establece un patrón ondulante donde el animal se sostiene en ejes paralelos. Las curvas no tocan el piso pero las zonas rectas si. Como objetivo sería generar un movimiento sinusoidal, que es una curva que describe una oscilación repetitiva y suave. Podría también fusionarse el movimiento oscilantede la serpiente con la flexibilidad del caparazón del chanchito de tierra.
Puntos a mejorar
- Buscar un mecanismo que logre un movimiento ondulante y orgánico
- Investigar una materialidad adecuada
- Movimientos sinuoso
- Generar archivos digitales
- Hacer funcionar el mecanismo con un eje
Avances 27/09
Construcción digital de piezas para corte laser
- Pruebas de corte
Maqueta 1
Maqueta 2
Archivo de corte
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Archivo lamina 1
Avances 30/09
El dia de hoy se realizan pruebas de cortes para la construccion de nuevas maquetas y observar su movimiento.
Maqueta de prueba 1
En este primer prototipo nos enfocamos en evidenciar tamaños y proporciones con los cuales vamos a trabajar para comprender la estructura y movimiento para el desarrollo de un mecanismo funcional.
Esta estructura se construye pensando en 4 piezas que cumplen la función de patas que son las extremidades que están en contacto con el piso y un motor principal que funciona mediante las corrientes de aire que nos ayudarán a generar la rotación del eje para el funcionamiento del mecanismo que ejecuta el movimiento de las patas, todas estas piezas irán fijadas a una base triangular el cual será el soporte principal del prototipo a trabajar.
Por lo tanto se rescata la forma y base principal pero surgirán leves cambios para implementar la nueva estructura del mecanismo el cual contará con eslabones que van montados en ejes rotatorios que unen la estructura, las cuales producen movimientos oscilatorios que construyen el movimiento de las patas principales para así generar el desplazamiento del prototipo, esta forma de esta pieza se basa en un elemento de contorno no circular sobre un punto el cual produce este movimiento continuo.
Maqueta de prueba 2
En este primer prototipo nos enfocamos en evidenciar tamaños y proporciones con los cuales vamos a trabajar para comprender la estructura y movimiento para el desarrollo de un mecanismo funcional.
Esta estructura se construye pensando en 4 piezas que cumplen la función de patas que son las extremidades que están en contacto con el piso y un motor principal que funciona mediante las corrientes de aire que nos ayudarán a generar la rotación del eje para el funcionamiento del mecanismo que ejecuta el movimiento de las patas, todas estas piezas irán fijadas a una base triangular el cual será el soporte principal del prototipo a trabajar.
Por lo tanto se rescata la forma y base principal pero surgirán leves cambios para implementar la nueva estructura del mecanismo el cual contará con eslabones que van montados en ejes rotatorios que unen la estructura, las cuales producen movimientos oscilatorios que construyen el movimiento de las patas principales para así generar el desplazamiento del prototipo, esta forma de esta pieza se basa en un elemento de contorno no circular sobre un punto el cual produce este movimiento continuo.
En vista de que el mecanismo no permitiría el movimiento correcto de las extremidades de un mismo lado, se propone generar un movimiento de arrastre teniendo patas traseras fijas en vez de móviles. Estas patas podrían ser posteriormente utilizadas para la recolección de objetos en la arena, ya sea por medio de una malla o un espacio para guardado.
Mecanismos
En función del correcto caminar de la máquina, se ordenan las piezas del mecanismo en su orden justo ya que este altera el movimiento final topándose entre sí. El movimiento es desencadenado por medio de una turbina, la cuál funciona desde la energía eólica que recibe, su giro se traduce hacia los brazos del mecanismo, los cuales hacen pivotar las patas generando un caminar. Esta turbina se compone de micas curvadas, lo cual permite embolsar el aire que sople desde atrás de la máquina, esto quiere decir que caminará siempre en el sentido del viento. El nombre correcto de la turbina sería Rotor de Viento.
Para que el mecanismo funcione correctamente, se debe estudiar la distancia ideal entre el pivote de las extremidades y el centro de gravedad de la máquina, para así obtener una distancia de paso que permita el desplazamiento de este.
Los brazos o eslabones del mecanismo pueden tener medidas variables, esto permite obtener movimientos de distintos calibres, y dependerán de la forma y largo que se le de a la pata. Estas patas o extremidades se mueven pivotando en un punto fijo, creando un movimiento de arrastre que permite el caminar de la máquina.
Otro punto importante a estudiar es la estructura que sostiene al mecanismo, la cual no puede sostenerse sólo por medio de los ejes, sino que debe estructurarse por sí misma, siendo el exoesqueleto que sostenga al mecanismo.
Archivo lamina 2
Flickr de 194106885@N02.Modelo 3D
Avances semana 11 de octubre
Láminas de avance
File:lamina 10 de octubre TFAB AJ PC PZ.pdf
Ley de grashof
En un mecanismo de cuatro barras, si la longitud del eslabón más pequeño, más la longitud del eslabón más largo, es menor o igual a la suma de las longitudes de los otros dos eslabones, entonces el eslabón más pequeño podrá dar revoluciones completas.
Entonces, L1 + L2 es menor o igual que la suma de los otros dos lados.
Ej: L1= 15 cm L2= 30 cm
L1+L2= 45 cm
Por lo tanto, los lados restantes P+Q tienen que medir al menos 45 cm, o sea, los dos eslabones restantes tienen que moverse entre 16- 29 cm.
- Solo si cumplen las condiciones
Manivela - Balancín
El mecanismo manivela-balancín se obtiene cuando la barra más corta es una manivela. En este mecanismo está manivela más corta realiza una rotación completa mientras que la otra barra articulada a tierra (barra estática) posee un movimiento de rotación alternativa (Balancín). En pocas palabras a este sistema le entra un movimiento rotativo y sale un movimiento de balancín
Plegable
Un mecanismo plegable ocurre cuando se cumple la ecuación L1+L2=P+Q Es decir que en alguna posición los 4 eslabones van a quedar alineados. Cuando el mecanismo sale de la posición plegada puede tomar diferentes configuraciones, este mecanismo resultó en una configuración manivela-balancín
Aplicando la ley a la corrección del mecanismo
Para lograr aplicar el sistema de cuatro barras de acuerdo a la ley de Grashof en nuestro prototipo:
1) Debemos anclar en primer lugar uno de los eslabones al soporte estructural del modelo, esto funcionará como pivote para el mecanismo.
2) Se debe unir un punto rotatorio, en este caso el ligado al eslabón más pequeño. Este eje rotatorio se movía en primera instancia por un rotor de viento pero también se podrá probar con un motor, a modo de prueba.
3) Nuestro pie tendría que estar unido a algun punto del sistema de barras, podría ser directamente o a partir de otro eslabón, en la imagen esta anclado fijo a sistema de barras.
Avances semana 18 de Octubre
Lamina
Proyecciones de avance del siguiente prototipo
Sistema de barras de Grashof 3D
Re-diseño de las patas
Link impresión 3D Pangolín https://www.thingiverse.com/thing:2064359
Propuesta final
Mediante el trabajo realizado durante este ciclo y luego de varias iteraciones hemos logrado llegar a una forma final, conseguimos implementar un mecanismo adaptado a la estructura y necesidades que se nos solicitaban y sin dejar de lado el referente biológico hemos tomado ciertos rasgos e incorporamos cada detalle que consideramos importante a este nuevo modelo, dada la problemática en la cual nos sumergimos reunimos variados estudios, junto con la ayuda de los estudiantes biología logramos concretar el proyecto con un modelo escalado, variadas proyecciones y un registro detallado del proceso.
A lo largo del proyecto hemos estudiado diferentes animales junto a su comportamiento, movilidad y estructura biológica, sin embargo, rescatamos ciertas particularidades de algunos animales que nos llamaron la atención y buscamos la forma de implementarlo a los prototipos aunque algunos fueron meramente proyectual pero de todas maneras se rescata algunos rasgos de estos.
Modelo Cuadrúpedo
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Como propuesta final se plantea un modelo cuadrúpedo que consta de una abstracción de la estructura ósea del pangolín para fijar extremidades. Observando la forma que toma el esqueleto del animal y basándonos específicamente en su escápulas, trazamos una forma que nos permitiera anclar las patas y darle un recubrimiento estructural. Proyectualmente se pensaba que estas piezas escápulas fueran ancladas a una estructura de columna y trabajar con la idea de costillas y un sistema de vértebras. Sobre el mecanismo se estipula un sistema de barras para construir los pies que giran en torno a un eje rotatorio, estos pies se encuentran colocados de forma contraria entre ellos y de igual posición con su opuesto diagonal. Por cada par de patas hay un eje, lo que nos deja con dos ejes inconexos en el prototipo, estos se buscaban conectar mediante algún sistema en torno a un eje giratorio potenciado por una turbina de viento al interior del objeto.
Mecanismo resuelto
Dentro del proceso constructivo del mecanismo utilizamos la ley de grashof y para esto optamos por el modelo plegable que ocurre cuando se cumple la ecuación L1+L2 = P+Q es decir, que en alguna posición los 4 eslabones van a quedar alineados.
Para esto realizamos la ecuación más adecuada para nuestro prototipo y le otorgamos valores.
Además se calcula una proporción de x con la finalidad de escalar la figura a la medida que se necesita, o sea, si a/b corresponde a la razón, entonces a/b = c/d equivale a la proporción, entonces queda como 5x + 2x = 4x + 3x para igualar cantidades.
De este modo obtuvimos como resultado las medidas justas de los eslabones para su correcto funcionamiento al momento de desplazarse.
Desplazamiento
De forma proyectual el movimiento deseado consiste en una coordinación de las cuatro patas del objeto. Este coordinar iguala el movimiento entre patas opuestas diagonalmente y a su vez entre patas paralelas el movimiento es opuesto. Lo que nos permite avanzar coordinadamente hacia adelante. Estas extremidades están fijadas a la estructura central, lo que produce un caminar unidireccional, pero si la estructura se sometiera a cambios que desligan el movimiento de las patas traseras y delanteras podrían surgir otras direcciones del caminar. El gesto de este caminar es uno tambaleante, manteniendo el equilibrio entre la pata que se encuentra apoyada y la siguiente que se apoyará, sosteniendo un constante balanceo del centro de gravedad del objeto. El levantamiento de la pata, basado en el sistema de cuatro barras regulado por la ley de Grashof, dibuja en el aire una curva particular, similar a la forma de una gota imperfecta. Antes de pisar retrocede y sube levemente para luego pisar, apoyarse y levantar el cuerpo.
Despiece y Planimetría
Reflexión
Reflexiones personales - Desafío de Movilidad - Tierra 2
Exposición
