Mecatrónica

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

PJ-M-63 Podadora automática

Asesor: MARISA CALLE MONROY

Emiliano Reyes Gutierrez[3o Xcaret], Inti Mateo Portillo Flores[3o Xcaret]

Resumen

La historia del cortacésped comienza en 1830, en Inglaterra. Allí, un ingeniero natural de Gloucestershire, Edwin Budding, inventó una máquina para cortar el césped en jardines y zonas deportivas. Llamó a este invento «cortador». Este primer cortacésped de la historia era una máquina totalmente manual que funcionaba por propulsión humana. Así, era necesario empujar la segadora con sus propias manos. Ésta consistía en un cilindro con cuchillas que, al ser arrastrado por los terrenos, giraba y giraba y cortaba la hierba a su paso; desde ese momento las podadoras se han ido mejorando con el paso de los años. El  problema de hoy en día en las personas que tienen un jardín en casa es que se cansan al cortar el pasto ya que es demasiado esfuerzo al empujar la podadora o al estar mucho tiempo bajo los rayos del sol se generan otros problemas, además hay que tener en cuenta la eficacia de la podadora a la hora de cortar el césped ya que eso también puede llegar a ser un determinante del tiempo y esfuerzo, de hecho, el cortacésped automático ha existido desde hace 25 años, sin embargo aún no es totalmente funcional y es bastante costoso, por lo que lo podemos seguir mejorando; es por esto que decidimos diseñar un prototipo EV3 a pequeña escala y que nos va a ayudar a comprender mucho mejor el funcionamiento de las podadoras de césped y hasta mejorar los diseños de algunas podadoras automáticas que ya están en el mercado.

L0NAS PODADORA AUTOMATICA

TRABAJ0 ESCRIT0 PODADORA AUTOMATICA

 

Pregunta de Investigación

¿Cómo construir una podadora automática con solo piezas de EV3?

Planteamiento del Problema

El problema de hoy en día en las personas que tienen un jardín en casa es que se cansan al cortar el pasto ya que es demasiado esfuerzo al empujar la podadora o al estar mucho tiempo bajo los rayos del sol se generan otros problemas, además hay que tener en cuenta la eficacia de la podadora a la hora de cortar el césped ya que eso también puede llegar a ser un determinante del tiempo y esfuerzo.

Otro de los factores que afectan éstas actividades es el tipo de terreno en el que se está empleando la podadora, debido a que, por ejemplo si el césped está mojado las cuchillas de la podadora pueden llegar a atorarse por el mismo pasto y lodo; ésto dependiendo de qué tan abundante es el pasto, el tipo de césped, si hay mucha humedad, entre otros. Un gasto que también hay que tener en cuenta es el de la gasolina que puede consumir una podadora en su periodo de uso, esto obviamente dependiendo de la podadora, asimismo en donde se usa la podadora ya que algunas veces depende del terreno en el que se use.

Antecedentes

Por siglos, el ser humano ha construido máquinas que imitan partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses; los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicos, los cuales eran utilizados para fascinar a los adoradores de los templos.

El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil programable mediante tarjetas perforadas. Luego, la Revolución Industrial impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos. Además de esto, durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII.En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos.

La palabra robot se utilizó por primera vez en 1920 en una obra llamada “Los Robots Universales de Rossum”, escrita por el dramaturgo checo Karel Capek. Su trama trata sobre un hombre que fabricó un robot y luego este último mata al hombre. La palabra checa ‘Robota’ significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el término robot.

Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50 ‘s. La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías. Las primeras patentes aparecieron en 1946 con los muy primitivos robots para traslado de maquinaria de Devol. También en ese año aparecen las primeras computadoras. En 1954, Devol diseña el primer robot programable.

Actualmente, el concepto de robótica ha evolucionado hacia los sistemas móviles autónomos, que son aquellos que son capaces de desenvolverse por sí mismos en entornos desconocidos y parcialmente cambiantes sin necesidad de supervisión.

En la actualidad, la robótica se debate entre modelos sumamente ambiciosos, como es el caso del IT, diseñado para expresar emociones, el COG, también conocido como el robot de cuatro sentidos, el famoso SOJOURNER o el LUNAR ROVER, vehículo de turismo con control remotos, y otros mucho más específicos como el CYPHER, un helicóptero robot de uso militar, el guardia de tráfico japonés ANZEN TARO o los robots mascotas de Sony.

Desde que Edwin Beard Budding inventó el cortacésped en Inglaterra, la máquina ha supuesto una revolución. Aunque poco tiene que ver esa primera herramienta del S.XIX con la actual, lo que no ha cambiado es su propósito: facilitar el cuidado de nuestros campos y jardines. 

La historia del cortacésped comienza en 1830, en Inglaterra. Allí, un ingeniero natural de Gloucestershire, Edwin Budding, inventó una máquina para cortar el césped en jardines y zonas deportivas. Llamó a este invento «cortador». Hasta entonces, la hierba se cortaba con guadaña. No era la primera aportación con la que Edwin contribuía a la historia de la ferretería, también fue el inventor de la llave de tuercas ajustable.

Este primer cortacésped de la historia era una máquina totalmente manual que funcionaba por propulsión humana. Así, era necesario empujar la segadora con sus propias manos. Ésta consistía en un cilindro con cuchillas que, al ser arrastrado por los terrenos, giraba y giraba y cortaba la hierba a su paso.

Budding se inspiró en el funcionamiento de una máquina de tela para su invento. Así, se dio cuenta de que el mismo mecanismo utilizado para cortar la tela podría servir para cortar la hierba. Por eso, instaló la misma máquina en un chasis adaptado en el que unas cuchillas giran a gran velocidad, creando una trituradora cilíndrica.

Tiempo después, apareció en escena John Ferrabee, otro ingeniero. Junto a él, comenzó a fabricar las primeras unidades en un pequeño almacén. Recurrían a cierta publicidad, elaborada por ellos mismos, en la que se podía leer «Los caballeros rurales encontrarán en el uso de nuestra máquina un divertido ejercicio que a la vez será útil y grato». Estas primeras cortadoras pueden ser vistas en el British Lawnmower Museum.

En 1832, la fábrica inglesa de máquinas Ransome Ipswich, comenzó a fabricar en serie la cortadora hasta convertirse en un referente mundial.

Con el aumento de la práctica de deportes en terrenos de césped, se impulsó la evolución de la cortadora. ¡Eran necesarias máquinas más efectivas! En 1850, Thomas Green inventó el cortacésped impulsado por una cadena. Lo llamó «Silens Messor«.

Con la aparición de los motores de gasolina liviana y de vapor, en 1890, el cortacésped sufrió otra pequeña revolución. Aunque los motores de gasolina se terminaron imponiendo a los de vapor. James Sumner fue el inventor del cortacésped a vapor en 1893. A pesar de que el cortacésped a gasolina se terminó imponiendo. Tras la I Guerra Mundial, la producción de cortacéspedes alcanzó el nivel más alto de su historia.

La marca Atco creó el primer cortacésped con motor en 1921. En el S.XX aparecieron los cortacéspedes con motor de explosión de gasolina, los cortacéspedes eléctricos, los de batería y los autopropulsados.

Pero no fue hasta finales del S.XX cuando se produjo la revolución más importante en la historia del cortacésped. En 1995, el grupo Husqvarna lanzó la primera generación de cortadoras totalmente automatizadas: los robot cortacésped.

El robot cortacésped era una máquina mucho más moderna y avanzada, ideal para aquellos que querían tener sus jardines bonitos sin necesidad de perder el tiempo con el corte. Y es que este robot no necesita de la intervención humana para segar la hierba.

Este tipo de cortacéspedes están diseñados, incluso, para realizar trabajos de éxito en jardines grandes y difíciles.  Muchos modelos pueden ser programados para que sigan un recorrido específico y no se salgan del perímetro marcado.

Objetivo

Construir y programar un prototipo de una podadora automática para cortar pasto con EV3.

Justificación

Aunque las podadoras automáticas ya han sido creadas desde hace 25 años aún se pueden mejorar mucho con el avance de la tecnología, además se limitan por diferentes factores del terreno y ésto hace disminuir su rendimiento, velocidad y eficacia; es por ésto que decidimos diseñar un prototipo EV3 a pequeña escala y que nos va a ayudar a comprender mucho mejor el funcionamiento de las podadoras de césped y hasta mejorar los diseños de algunas podadoras automáticas que ya están en el mercado. 

El set EV3 nos ayudará a diseñar de una mejor manera una podadora automática a pequeña escala y tal vez mejorar otros diseños de podadoras en el mercado, ya que si utilizamos un pequeño motor que funcione para cortar el pasto y a parte lo complementamos con el armado EV3, podremos tener un mejor diseño; esto nos puede ayudar a un futuro en la construcción de una podadora automática funcional y tal vez en otros robots que cumplan distintas funciones en el campo.

Hipótesis

Si construimos y programamos una podadora automática con EV3 entonces podremos cortar el pasto de terrenos pequeños.

Método (materiales y procedimiento)

Lista de materiales:

-Set Base LEGO Education Mindstorms EV3 45544

-775 DC MOTOR 1300 RPM

-Silicón frío

-Hilo redondo para desbrozadora en tarjeta pretul 20023

Procedimiento:

1.- Colocar dos piezas 60x 412715 en la parte superior izquierda y superior derecha de una pieza 1x 4540797

2.- Insertar una pieza 1x 6023956 en la parte interior de una pieza 1x 4610380

3.- Insertar dos piezas 60x 412715 en la parte de atrás de la esquina superior derecha de la pieza 1x 4540797 en sus respectivos orificios

4.- Colocar las piezas armadas 1x 6023956 y 1x 4610380 en las dos piezas 60x 412715 del anterior armado

5.- Colocar la pieza recién armada de los pasos anteriores (1x 4540797) en dos piezas 2x 6009430, de manera que el anterior armado una en la parte inferior las dos piezas

6.- Cuando estén unidos, insertar cuatro 22x 4140806 en la parte inferior del armado, en sus cuatro esquinas.

7.- En la parte superior del armado, insertar la pieza 1x 6009998 en las dos piezas 60x 412715 del armado, de manera que el 1x 6009998 quede unida con el armado (la pantalla tiene que quedar viendo hacia arriba)

8.- Colocar dos piezas 2x 373726 en la parte delantera y de los lados de los 2x 6009998.

9.- Insertar un 2x 6035364 en un 2x 6035364 (de manera que queden unas llantas), y hacer este mismo procedimiento dos veces.

10.- En las piezas recién colocadas, insertar las dos llantas en los dos 2x 373726.

11.-Utilizando dos piezas 60x 412715, insertar el 1x 6006919 en la parte posterior del 1x 6009996 (el foco del 1x 6006919 tiene que mirar hacia abajo)

12.-En la parte izquierda del 1x 6009996, pegar con silicón frío el 775 DC MOTOR 1300 RPM.

13.- En el tubo giratorio del 775 DC MOTOR 1300 RPM, colocar hilo redondo para desbrozadora en tarjeta pretul 20023.

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un robot de aproximadamente 22 cm de base y una altura de 11 cm.El robot tiene dos motores grandes que se unen con piezas cuadradas y que funcionan como base, además se ensamblan con el cerebro, el cual se encuentra en la parte superior y que al mismo tiempo une al sensor de color y al DC MOTOR, que es el que corta el pasto, los dos motores grandes están ensamblados con las llantas, y las piezas cuadradas se unen con el balín, esto le da mas estabilidad al robot.
El costo aproximado es de $14,307.

Galería Resultados

Discusión

A pesar de que ya hay robots que ayudan a cortar el pasto todavía no están muy adaptados a todos los entornos y no ha habido novedades de un nuevo robot con las mismas funciones; aunque nuestro diseño no se ha podido poner a prueba, todavía se pueden realizar ajustes y mejorar el diseño con el tiempo.
Una gran ventaja del robot es que no es necesario que la persona tenga que cortar manualmente su césped ya que el robot es automático, creemos que nuestro robot es una buena opción ya que así las personas que tengan un jardín chico no se tendrán que preocupar por cortar su césped.

Conclusiones

Debido a la situación de pandemia, realizamos el prototipo del robot de manera digital con un modelo 3D, nuestro robot facilita el trabajo a las personas que tienen un jardín pequeño ya que es automático y así las personas no se tiene que preocupar de cortar su césped ,podemos concluir que obtuvimos un prototipo que ejemplifica al robot, donde se puede visualizar las habilidades que incorporamos en su diseño.

Bibliografía

Google. (2018). Historia de la robótica . 2020, de google Sitio web: https://sites.google.com/site/elmundodelarobotica604/historia-de-robotica

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography