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Diseño de un carrito de la compra motorizado

Bernat Basté & Max Marinel-lo Grado de Ingeniería en diseño industrial ELISAVA http://maxmarinel-lo.wix.com/carrito

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ÍNDICE

1-

Estudio de Mercado…………………………..5

2-

Referentes…………………………………………8

3-

Usuario destinatario………………………….10

4-

Insights……………………………………………..12

5-

Esbozos de ideación…………………………..13

6-

Estudio ergonómico…………………………..14

7-

Piezas del carro………………………………….17

8-

Análisis estructural…………………………….20

9-

Como funciona………………………………….31

10-

Solución formal………………………………….32

11-

Bibliografía………………………………………..41

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http://maxmarinel-lo.wix.com/carrito


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1. ESTUDIO DE MERCADO

Carrito para escaleras

Para conocer y encontrar un vacío en el mercado se han investigado Los carritos de compra existentes a dio de hoy en el mercado. Tanto los más típicos como algunos menos habituales y con variedad de funcionalidades.

Carro de supermercado - Es un carrito con la particularidad e que ayuda a subir escaleras gracias a su sistema de 3 ruedas. Este carrito se conduce desde delante. - 6 ruedas - Destinado a un publico adulto de entre 30 y 60 años. - Subir escaleras. - Este carro se utiliza exclusivamente en el supermercado, luego el usuario carga con la compra a su manera. - 4 Ruedas - Destinado a todos los usuarios por encima de los 10 años. - También se puede usar por un lado para sentar a los niños y por otro como caminador.

Carrito plegable

Carrito original  -Es un carrito con la particularidad e que ayuda a subir escaleras gracias a su sistema de 3 ruedas. Este carrito se conduce desde delante.  -2 ruedas  -Destinado a un publico adulto de entre 30 y 60 años.  -Se puede doblar para reducir el espacio que ocupa. - Es un carrito que pertenece a los usuarios para cargar la compra del supermercado a casa. Se transporta conduciéndolo por detrás. - 4 Ruedas - Destinado especialmente a la gente mayor aun que lo puede usar gente más joven. - Cumple también con la función de caminador.

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Carrito sillín

- Es un carrito que pertenece a los usuarios para cargar la compra del supermercado a casa. Se transporta conduciéndolo por detrás. - 4ruedas - Destinado a un publico adulto de entre 50 y 75 años. - Permite al usuario utilizarlo como silla.

Carrito bolso

- Es un carrito muy poco habitual. - 2ruedas - Destinado a un publico juvenil de entre 2035 años. - Cuando el carro esta vacío se puede transportar como si fuera un bolso.

Carrito desmontado

- Es un carrito que pertenece a los usuarios para cargar la compra del supermercado a casa. Se transporta conduciéndolo desde delante. - 2 ruedas - Destinado a un publico adulto de entre 30 y 60 años. - Se puede desmontar para separar el carro de la cesta y poder usar el carro para otras funciones.

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A continuación se muestran algunas marcas que se observan como referentes de fabricantes de carritos de la compra. Estos carritos de la compra ya están en el mercado y cada marca se distingue por características distintas.

Metaltex

Playmaret

PRECIO: 20 – 50€ ESTAVILIDAD SEGÚN EL MODELO VARIEDAD DE TIPOS Y FORMAS SENCILLEZ EN LA ESTRUCTURA Y EL DISSEÓ

PRECIO: 70 – 130€

Esclatec

ESTAVILIDAD ALTA-NORMAL

Este carrito de la compra es motorizado

ROBUSTEZ EN LA ESTRUCTURA DISTINTAS FORMAS Y BOLSAS

Rolser

PRECIO: 320 – 410€ ESTAVILIDAD ALTA INPORTACIA EN LA AYUDA FUNCIONAL DISSEÑOS TRADICIONALES CON MOTOR PRECIO: 20 – 80€

ELÉCTRICO

ESTAVILIDAD NORMAL-BAJA INPORTACIA EN LOS ETAMPADOS DISSEÑOS TRADICIONALES 7


2. REFERENTES La gente mayor, apartar de cierta edad ya les suele costar un poco mantenerse de pie, sobretodo si tienen que cargar con peso. Es importante pensar en el confort y la estabilidad del usuario, cumpliendo con esto no solo se ayudaría a la gente mayor a transportar la compra, también se le ayudara a andar con menos dificultad.

Taca-taca

Silla de ruedas oruga Se utilizan ruedas de oruga para hacerlo más estable y para pasar por obstáculos.

Ayuda a los ancianos a andar por la calle.

Carrito de golf motorizado

Baston de 4 patas

Ayuda al jugador de golf a cargar con sus instrumentos. Incorpora un motor.

Ayuda a los ancianos a apoyarse a la hora de andar y que no se les caiga el baston.

Caminador Se utiliza para enseñar a los niños pequeños a andar.

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Al tratarse de un carrito impulsado con un motor eléctrico, se tendrá que pensar en alguna forma de manejo del producto. Con este motor, el carro debería ser capaz de transportar por si solo asta 25 quilos. La interface de control y usabilidad del usuario debe ser lo más simple y ergonómica posible. También se debe pensar en la seguridad para prevenir posibles accidentes.

Segway

Gas de un cuad Este vehículo se impulsa simplemente al pulsar una palanca que se suelta inmediatamente al dejar de apretar

Tiene un modo de conducción muy carácterístico y simple

Dyson Aspirador que se guía con una sola mano de una forma muy ágil y ergonómica.

Joistic de silla de ruedas Este mecanismo permite guiar e impulsar una silla de ruedas.

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3. USUARIO DESTINATARIO El producto que se va a diseñar va destinado a un usuario concreto. En este caso va destinado a la gente mayor de una edad comprendida entre los 70 y los 90 años. Mujeres o hombres mayores con unas capacidades físicas limitadas a quienes no les combine cargar con peso y tienen una cierta dificultad para mantenerse en pie o andar mucho rato.

Cocinar para los nietos

Pareja mayor en el sofa

Las señoras en el mercado del pueblo

CASO PARTICULAR Carmen Martín

Edad: 81 años Ocupación: Mujer jubilada que solía

trabajar como dependienta en una pastelería de su ciudad. También solía ejercer como ama de casa. Descripción: Betty es una mujer jubilada que vive con su marido en un piso de la ciudad de Terrassa. Tiene 3 hijos de entre 35 y 43 años. Betty suele encargarse de los asuntos de la casa como la limpieza y la comida. Escenario: A Betty le gusta realizar la compra 2 veces por semana. Le gusta ir a comprar porque aprovecha para salir de casa. Su problema es que tiene que cargar la compra mucha distancia y tiene dolores de espalda causados por la edad. Como tiene hijos y nietos a los que a menudo invita a comer en casa tiene que comprar más cosas de las que puede cargar. 10


RITUAL DEL USUARIO Para detectar los puntos débiles a lo largo del proceso de ir a comprar con un carrito, se a observado a algunos ancianos. Se tiene en cuenta desde el momento en el que el usuario sale de su hogar para dirigirse al mercado asta su regreso a casa. Dentro del análisis se han detectado 4 acciones que el usuario debe realizar a lo largo del ritual siempre o casi siempre. 1) Plegar y desplegar el carrito: Los carritos plegables suelen ser una buena alternativa para ahorrar espacio en el hogar. El problema que tienen es que en ocasiones plegarlos no es fácil y resulta complicado para la genta mayor.

3) Cargar y descargar los productos: Cargar con los productos para ponerlos o sacarlos de la cesta es una tarea que requiere de un esfuerzo físico y de unos movimientos que a menudo resultan difíciles y perjudiciales para la salud de los más ancianos. 4) Ante obstáculos como escaleras: Al andar el carro es más una ayuda que una carga para la gente mayor, pero cuando se les presenta algún obstáculo esto cambia. En los obstáculos como escalones, Los ancianos tendrán que maniobrar o cargar con todo el peso del carro. Es muy difícil que en el recorrido del mercado a casa no haya ningún obstáculo.

2) Andar y dirigir el carrito: En ocasiones la genta mayor utiliza el carrito no solo para transportar cosas, sino que también lo usan para que les ayude a caminar. La estabilidad del carrito no es la misma cuando esta lleno que cuando esta vacío.

User journey map

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4. INSIGTHS Despues de realizar todo el research y de analizarlo a fondo se ha decidido proponer cuatro objetivos a alcanzar: 1) Carro motorizado que sea capaz de moverse en cuestas y en llano con el empuje del motor. La esencia del proyecto es este objetivo. La gente mayor tiene dificultades para empujar cargas pesadas y por ese motivo no pueden llenar el carro de la compra al máximo de su capacidad, ni subir grandes cuestas con el. 2) El motor ayudarà a levantar el carro y el peso para superar bordillos y escalones El peso de las baterías, motor, y transmisión necesario para lograr cumplir el primer objetivo seria muy contraproducente en la superación de obtaculos ya que el usuario tendría que levantar sin ayudas un peso que no estaría en un carro sin motorizar. Tmabien hemos observado que este punto es uno de los malos momentos que masan los usuarios al usar un carrito, además, la gran mayoría de las casas cuentan con pequenyos escalones antes de llegar al ascensor.

Por estos motivos, se ha visto muy necesario abarcar esta problemática, y utilizar el motor, que seria contraproducente por el peso, como una ventaja que ayude a levantar el peso y superar el obstáculo. 3) Ergonomico para gente mayor La gente mayor padece varios poblemas en articulaciones, huesos y musculatura en general. La ergonomía tiene que ser un punto a tener en cuenta para evitar que el usuario deje de utilizar el producto por problemas físicos, ya que en esencia, el carro tiene que ayudar a solucionarlos. 4) Sistemas de control simples e intuitivos El usuario al que va dirigido el producto normalment tiene dificultad para manejar sistemas electrónicos complejos que se alejen de la realidad simple en la que viven. La obligación de aprender un sistema de control que no han usado nunca o que no confíen en la electrónica del producto puede echarlos atrás en el momento de usar el producto.

1. CARRO MOTORIZADO QUE SEA CAPAZ DE MOVERSE EN CUESTAS Y EN LLANO CON EL EMPUJE DEL MOTOR 2. EL MOTOR PERMITIRÁ LEVANTAR EL CARRO Y EL PESO PARA SUPERAR BORDILLOS Y ESCALONES 3. ERGONOMICO PARA GENTE MAYOR

4. SISTEMAS DE CONTROL SIMPLES 12 User journey map

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5. ESBOZOS DE IDEACIÓN Existen algunos sistemas en el mercado para subir escaleras con un carro. Lo que sucede es que son complejos y caros. Se han ideado varios sistemas y rediseñado un poco los existentes.

3_ruedas Es el más usual y barato, se utiliza mucho en carritos de la compra no motorizados.

Finalmente se eligió para este prototipo, el sistema de 2 ruedas. Para poder llevar a cabo esto, se tendrá que diseñar un sistema de engranajes, que permitan que el carro rote solo sobre los ejes de las ruedas o que rote solo sobre el eje que le permite subir escaleras.

Oruga Es un buen sistema lo que ocurre es que requiere mucha energía y es caro. Se utiliza en algunas sillas de ruedas para subir escaleras.

2_ruedas En este sistema se copia el de las tres ruedas ya existente en el mercado para carritos sin motor. Esto giraría sobre un eje que se encuentra entre las dos ruedas.

MANILLAR

BOLSA

CAJA DE BATERIAS Y MOTOR SISTEMA RUEDAS

Por un tema de ergonomía y confort del usuario, se han diseñado una interfaz muy simple en los manillares. La manilla de la izquierda contiene un conector para poder poner a cargar el carrito. Y la manilla de la derecha tiene un botón que se acciona a la hora de subir escaleras.

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6. ESTUDIO ERGONÓMICO 1. POSTURAS CRÍTICAS Es imprescindible conocer bien al usuario para detectar bien sus necesidades, sus capacidades y sus limitaciones. Para proporcionar a la gente mayor una mejor experiencia de uso, se adaptan las mediadas del carrito a sus medidas antropométricas. Las personas mayores de 60 años en relación con la población total del mundo crece cada vez más. En 1910 solo un 4% de la población tenia más de 60 años pero ya en 1970 esta cifra creció asta un 15% y en 1980 creció finalmente asta el 25% de la población. Con la edad, las capacidades físicas de la gente mayor se entumecen. Empezando por el descanso de la fuerza en un 25% a los 60 años con un descenso de hasta el 95% a los 70 años. También se produce la debilidad de múltiples funciones generales de la mano como la fuerza, la precisión, la coordinación, la sensibilidad y la movilidad. Les cuesta agacharse y flexionar el tronco. Uno de los cambios más marcados con el avance de la edad es el enlentecimiento de las actividades sensomotoras, que afecta a los movimientos y reflejos.

A lo largo del ritual de uso de un producto se realizan ciertas acciones que requieren ciertas posturas y esfuerzos. Se han elegido las posturas más críticas para realizar un análisis mediante el método Rula. Gracias a este método podremos ver si la postura es correcta, donde falla y así poder rediseñar algún parámetro con el fin de mejorar nuestro producto. A continuación se muestran las posturas más críticas.

TRANSPORTAR Y DIRIGIR Gran parte del recorrido 2-25 minutos

Antebrazo =1

Brazo=1

Muñeca= 1

Giro Muñeca=1

Piernas=1

Tronco=1

Cuello=1

Puntuación Grupo A=4

Puntuación Grupo B=3

Músculo=0

Músculo=0 Fuerzas=0

Fuerzas=0 Puntuación C=

1

Puntuación D

La edad entumece las capacidades físicas

El propósito del diseño de este carrito de la compra es evitar que la gente mayor tenga que realizar trabajos de elevación, empuje o arrastre y facilitarles estos trabajos mediante el uso de ayudas mecánicas como es en este caso un Motor para impulsa el carro.

Nivel de actuación Postura aceptable si no se repite o se mantiene durante un largo periodo de tiempo.

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CARGAR Y DESCARGAR Depende de cantidad de productos 4-23 veces

Antebrazo =1

Brazo=4

Muñeca= 1

Giro Muñeca=1

Piernas=2

Cuello=2

Tronco=1

Puntuación Grupo A=4

Puntuación Grupo B=3

Músculo=0

Músculo=0

Fuerzas=0

Fuerzas=0

Puntuación C=

2

Puntuación D

Nivel de actuación Se requiere una evaluación más detallada y, posiblemente, algún cambio.

Antebraz o=1

Brazo=2

Muñeca= 1

Giro Muñeca= 1

Piernas= 1

Cuello=3

Tronco= 2

Puntuación Grupo A=4

Puntuación Grupo B=3

Músculo=

Músculo=0

Fuerzas=1

Fuerzas=0

Puntuación C=

2

Puntuación D

Nivel de actuación Se requiere una evaluación más detallada y, posiblemente, algún cambio.

SUBIR Y BAJAR ESCALERAS

Poco frecuente 1-10 escalones

1. ADAPTACIONES DEL DISEÑO Con el fin de hacer un diseño más ergonómico se han propuesto unas ideas generales que se pretenden implementar en este producto. Todo con el fin de adaptar el modelo al máximo a las necesidades de las mujeres mayores y proporcionarles una mejor experiencia de uso.

1. La primera medida consiste en adaptar al máximo el carrioto a las medias antropométricas del usuario.

2. La altura de más manillas será graduable para poderse adaptar mejor a la altura del usuario.

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1. 1 2. 1 3. Hacer que la zona de carga y descarga para en la cesta del carrito no este demasiado baja.

1

849 - 1007

1. Un motor ayudara al carrito a subir y bajar escaleras y también a empujar las cargas. 19

1. Sistema de control innovador. Se evita el movimiento repetitivo de los dedos y posturas inadecuadas de la mano.

3

2

407

431

4

6

Ø43

7 5 0º -65º

1. El conector y el acciónador del motor se hubican a un lugar accesible. Para que el usuario no se tenga que agachar en ningún momento.

1. DIMENSIONES DEL CARRITO Dimensiones

1

distancia suelo a codo flexionado

2

Mano al tener el codo flexionado asta la punta del pie al andar con ángulo de 60º

3

Diámetro bitrocantérico

4

Diámetro max. bideitoldeo

5

Angulo de confort torsión de la muñeca.

6

Anchura de la mano

7

Diámetro de la empuñadura

Mujeres de 60-90 años 5

50

95

849

1007 19 407 431 0º / 67º 107 43

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7. PIEZAS DEL CARRO Piezas exteriores

 Barras estructurales Son las barras de acero inoxidable que soportan a la cesta contenedora y también se utilizan como manillar para controlar el carro.  Cesta contenedora Es una cesta echa con un tejido sintético cuya función es contener los objetos que el usuario desee transportar. Contiene unas estanterías y dos abridores con velcro para acceder a ellas.  Ruedas Se utilizan 4 ruedas normalizadas de PVC y caucho con 250mm de diámetro y 58mm de espesor máximo.

 Chasis Motor Es una pieza de ABS echa por inyección u unida mediante clipajes reversibles. Su función consiste en cubrir Todos los componentes eléctricos y mecánicos que impulsa el carrito.  Chasis sistema escaleras Son 2 piezas de ABS unidas mediante clipajes. Su función consiste en cubrir y protejer los engranajes de las ruedas y del sistema de rotación para subir escaleras.


Piezas activadoras del carro

 

   


 Engranajes transmisión ruedas Estos engranajes conectan las dos ruedas de un mismo lado al eje del sistema mediante una cadena.

 Eje sistema Este eje conecta el motor con los demás engranajes tanto de las ruedas como del sistema de escaleras.

 Engranajes sincronizador Estos son unos engranajes que pueden engranar y desengranar. Unos activan los engranajes transmisión de las ruedas y otras activan el sistema de giro para subir escaleras.

 Eje rueda Estos ejes accionan las ruedas para hacer que el carrito avance.

 Posicionador Esta pieza se desplaza con un grado de libertad de translación y tiene dos posiciones que son para conectar unos engranajes sincronizadores o los otros.  Cadena Cadena de 2,7mm de paso. Esta cadena conecta el conjunto de engranajes y poleas que accionan las ruedas del carrito.

 Palanca de cambio La palanca de cambio se acciona con el servomotor y forma parte del cambio de marchas. Chapa a rueda 1 y Chapa a rueda 2 Estas chapas forman la estructura que sujetan el conjunto de ejes y engranajes del sistema de ruedas y de escaleras. 


8.ANÁLISIS ESTRUCTURAL Con el fin de demostrar que la estructura es capaz de soportar los esfuerzos y las temperaturas que se le aplicarían al modelo real, se realizan una serie de análisis. Para realizar estos análisis se a utilizado el programa de maquetación paramétrica y análisis llamado “Creo” de PTC. Este programa contiene un simulador estructural que calcula las tensiones mediante elementos finitos. El método de elementos finitos es un método numérico , esto significa que la solución será una aproximación de la solución exacta . Se necesitan Precisión y análisis de convergencia. Este análisis solo se a aplicado sobre las piezas que sufren más tensiones y que por lo tanto si no están bien diseñadas se podrían romper.

Para realizar un análisis estructural sobre una pieza o un conjunto hay que seguir una serie de pasos, de lo contrario los resultados obtenidos no serán validos. Los pasos seguidos son los mostrados a continuación: 1. Lo primero que hay que hacer es asignar el material a las piezas. 2. Se crea una malla o una cascara lo más ajustada a las características de nuestras piezas. 3. Se ponen las restricciones en las superficies o aristas necesarias deduciendo por donde se sujetaría el objeto en la realidad. A continuación se hace lo mismo pero con las fuerzas aplicadas. 4. Finalmente, una vez todos los pasos anteriores estén bien realizados ya se puede ejecutar el análisis.

BARRA ESTRUCTURAL ESTRUCTURA DE CARGA ESTRUCTURA DE ROTACIÓN

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Este proyecto consta de dos posiciones. Una posición donde el conjunto se comporta como un carro normal, y otra posición que transmite el movimiento del motor al mecanismo de transmisión (a la imagen en verde) haciendo que este gire y haga al carro subir escaleras

Sujeción del servo motor El proyecto contiene un servomotor en la parte media que activa las distintas posiciones de avance del carro. Este motor va unido a una base de chapa mediante tornillos. Esta chapa esta soldada en el chasis

Mecanismo de transmisión El mecanismo de transmisión puede girar sobre el eje central para subir escaleras o mantenerse solidario al cuerpo para avanzar llano. Las fuerzas criticas se producirán en el momento de subir escaleras.

Tubo estructura Este tubo conduce toda la fuerza del peso de la carga i del apoyo del usuario a la base

Chasis Chapa de metal que une todos los componentes del carro para conectarlos con el mecanismo de transmisión

Sujeción del motor El motor va sujeto por tornillos a la chapa de metal soldada al chasis

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1-BARRA ESTRUCTURAL La primera pieza que analizaremos es un tubo doblado de acero inoxidable que hace de barra estructural. Esta pieza cumple con la función de sujetar la cesta contenedora del carrito. Mediante el análisis estructural podremos ver si la barra esta bien dimensionada o se tendría que modificar el grosor del tubo. El análisis se a efectuado mediante el método multipass (MPA) con un máximo de 9 pasos y un 5% de convergencia.

Material 

Material:

 o o o

Propiedades mecánicas: Coeficiente de poisson Modulo de yong Limite elástico en tracción:

Acero inoxidable 0,3 19305 Mpa 400 Mpa

Malla Malla/ Cascara:

Cascara

Numero de nodos:

3607

Restriccion es y fueras Restriccione s:

La pieza esta sujeta mediante unas agarraderas que sujeta una zona superficial en los sentidos de X y Y, por otro lado hay un tornillo que restringe el desplazamiento en Z. Esta restriccion corresponde a la union con el chasis

Fuerzas:

Se aplican una fuerza de 400N equivalente a la carga de 40kg de la carga sobre la superficie correspondiente a la union de la bolsa con el tubo en la parte de arriba del tubo en el sentido Y.

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Resultados Análisis Factor de fallida:

El valor máximos de factor de fallida obtenido es de 0,562. Calculando obtenemos un factor de seguridad de 1,78.

Deformación:

El valor máximo de deformación es de 15,25mm y se produce en el extremo de la barra.

FACTOR DE FALLIDA max_stress_vm 230

Título del eje

220 210 200 190 180 170 160 1

2

3

4

5

6

Título del eje

SF=1,78

DEFORMACIÓN (MM)

Def max= 15,25mm Conclusión Mediante el análisis podemos ver que las tensiones se acumulan en mayoritariamente en la zona curvada del tubo. Emos sdaptado el grosor de la pieza a un factor de seguridad 1.7 con 40 kg de peso maximo. El grosor elejido ha sido de 1mm 23


2-Estructura de carga En este caso no se analiza una pieza, sino que un conjunto. La función de esta estructura es de contener y proteger todos los componentes del carro. Tanto la cesta como los motores, engranajes y de más cosas. Debido a su geometría, gran parte de las piezas se han podido mallar con una cascara de superficie, solo una pieza se a tenido que mallar con una malla de volumen. Este conjunto se analiza con el fin de deducir si la estructura resistirá las tensiones que se le aplican y así poder redimensionar el grosor de las piezas de chapa si es necesario. Al igual que la otra pieza, el análisis se a echo mediante el método multipass (MPA) con un máximo de 9 pasos y un 5% de convergencia.

Material 

Material:

 o o o

Propiedades mecánicas: Coeficiente de poisson Modulo de yong Limite elástico en tracción:

Acero inoxidable

PVC

0,3 19305 Mpa 400 Mpa

0,4 3000 Mpa 1

Malla Malla/ Cascara:

Numero de caras:

Malla sólida y cascara 7328

Interfaces Unidas Superficies de cáscara

Superficies sólidas

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Restricciones y fueras Restricciones:

Existen 2 restricciones, una primera causada por la simetr铆a. Por lo tanto solo analizaremos la mitad del conjunto. La segunda restricco贸n viene dada por la pieza que une el conjunto con las ruedas, y por lo tanto, con el suelo

Fuerzas:

1. La fuerza de la carga de la bolsa en la misma posicion que anteriormente en el tubo estructural. 2. El peso del servomotor seg煤n el fabricante sobre la chapa. 3. El peso del motor principal sobre su sujeci贸n

RESTRICCIONES

FUERZAS

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Resultados Análisis Factor de fallida:

Existe alguna singularidad en un rincón de la pieza que provoca una gran exageración en los resultados obtenidos por el análisis. Esto se a intentado rectificar aplicando redondeos en esa arista viva pero no a sido posible. De todos modos deducimos que esa singularidad es falsa. Consideraremos como valor máximo de factor de fallida 0,8, por lo que tendremos un factor de seguridad de 1,25.

Con la forma inicial el objeto tenia una arista viva critica que acumulaba tensiones y producía una singularidad.

Para solucionarlo se redondeo la pieza en este punto. Sin embargo, se producía otra singularidad en el tubo a causa del grosor de la malla. Como no se podía hacer más fina por motivos de eficiencia en la simulación, se ignoro ya que el tubo ya se ha analizado a parte anteriormente.

En esta imagen se puede apreciar bien la singularidad producida. Tras el análisis casi toda la pieza se mantiene de color azul excepto por esta arista.

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Para solucionarlo se redondeo la pieza en este punto. Sin embargo, se producía otra singularidad en el tubo a causa del grosor de la malla. Como no se podía hacer más fina por motivos de eficiencia en la simulación, se ignoro ya que el tubo ya se ha analizado a parte anteriormente.

SF=1,25

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Conclusión Aun que debido a la singularidad producida en el análisis es posible que los datos no sean totalmente fiables, suponemos que el resultado real no debe variar demasiado. Después de realizar varios análisis hemos cambiado el grosor de las chapas de la base del servo, la base del motor y el chasis. Se ha buscado un factor de seguridad de entre 1,25 y 1,75 sin bajar del 1mm de grosor de chapa: Chasis = 2mm Base motor = 1mm Base servomotor = 1,5mm

27


3-Estrura de rotación La ultima pieza que se analiza es un conjunto que forma un chasis para sujetar las ruedas y un grupo de ejes, engranajes y cadenas que conjuntamente ara funcionar el sistema de rotación para subir escaleras o para hacer andar al carrito. Este conjunto esta unido al resto del carrito por un eje que gira cuando se encienden los motores. Su función es básicamente contener y proteger todo lo que lleva en su interior y también girar sobre el eje cuando sea necesario. El objetivo de esta análisis es encontrar el grosor que debe tener la chapa para resistirán los esfuerzos máximos con un factor de seguridad de 1,5. El método de análisis efectuado en este conjunto es el multipass (MPA) con un máximo de 9 pasos y un 5% de convergencia.

Material 

Material:

 o o o

Propiedades mecánicas: Coeficiente de poisson Modulo de yong Limite elástico en tracción:

Acero inoxidable 0,3 19305 Mpa 400 Mpa

Malla Malla/ Cascara:

Malla sólida y cascara

Numero de caras:

4000

En principio, todas las chapas están malladas superficialmente, es decir con una cascara. Pero hay una parte de la chapa que no se a podido mallar debido a la complejidad de la forma y por lo tanto se a mantenido la malla de volumen. Se trata de una embutición producida en la chapa. 28


Restricciones y fueras Restricciones:

En este caso, aun que la pieza sea simétrica, no se a cortado el modelo debido a que los esfuerzos en un lado y en el otro no son los mismos. Las restricciones se han situado en el engranaje que conectara la pieza con el conjunto

Fuerzas:

Hay una fuerza aplicada en este caso, una fuerza en el eje. Esta fuera representa la reacción del suelo al activar el sistema de subir escaleras. Esta reacción corresponde a la mitad del peso total ya que el objeto tiene dos puntos de apoyo, pero por razones de seguridad, hemos puesto el peso completo por si se da el caso en el que el objeto se apoye sobre solo una rueda

En este caso, otra de las razones por las que se a realizado el análisis es para ver como se reparten los esfuerzos entre el engranaje y el resto de la estructura. Ya que dicho engranaje debe cumplir con su función y ser capaz de resistir los esfuerzos que le transfiere el eje del motor.

Resultados Análisis Factor de fallida:

La pieza que sufre mas esfuerzo es la chapa curvada, se ha ajustado el grosor de esta chapa para que se iguale al factor de seguridad de los otros elementos por encima de 1,25

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Como se puede observar en las diapositivas, gran parte de los esfuerzos se han producido alrededor de la embutición. Por otro lado también sufre el engranaje por las caras en las que se transfieren los esfuerzos.

max_stress_vm

max_stress_vm 3091 2591 2091 1591 1091 591 91

El análisis a convergido en el séptimo paso.

1

2

3

4 P Loop Pass

5

6

7

Conclusión En este caso la pieza soporta a la perfección los esfuerzos a los que se somete. La parte de la chapa se ha ajustado a 3mm para que tenga un factor de seguridad de

30


9. COMO FUNCIONA

Sistema ruedas Cuando el carro se desplaza por un suelo normal, solo giran las ruedas sobre sus propios ejes. Para activar y conducir el carro, el usuario se agarra al manillar, y este mediante sensores de presión esta programado para responder a los movimientos del usuario. Es decir si el usuario empuja, el carro se desplaza hacia delante y si el usuario estira el carro se desplaza hacia atrás.

Sistema Eje de escaleras A la hora de subir los escalones, el usuario solo tendrá que pulsar y mantener pulsado el botón que se encuentra en la punta de la manilla de la derecha. Con esto se cambia la marcha y en lugar de girar solo los ejes de las ruedas, gira el eje central de esta forma las ruedas suben de forma automática sobre cada escalón. Al soltar el botón, se regresa al modo de conducción normal.

Manillar

Ejes rueda

Botón

Eje sistema


10. SOLUCIÓN FORMAL Sistema de control Se han estudiado detenidamente los sistemas de control mas tradicionales como botones, palancas, joysticks para controlar la velocidad del carro pero todos poco usados en la vida de la gente mayor, y pueden ser un problema. Se pensó en un sistema de control innovador y perfecto para el producto. Tenia que adaptar la velocidad del carro a la velocidad del usuario. Tenia que ser ergonómico, por lo tanto se tenían que evitar movimientos de dedos o muñeca repetitivos. La precisión no es muy buen aliada de la gente mayor, así que tenia que entender cambios bruscos. Se pensaron varias maneras de controlar la velocidad del carro dependiendo de si el usuario empujaba el objeto o lo traía hacia el. De esta forma, el usuario tenia que controlarlo de la misma forma con la que se controla un carro normal, empujando. Después de pasar por un sistema que detectara la flexión del manillar, se encontraron los sensores de fuerza flexibles. Estos sensores abrieron camino al sistema de control definitivo

Si el carro empieza a superar la velocidad del usuario, este dejara de hacer fuerza hacia delante y la traerá hacia atrás. De esta forma el carro frenara y se adaptara a la velocidad del usuario.

Las ruedas de la derecha son independientes a las de la izquierda, de este modo, si el usuario empuja hacia delante el control derecho, las ruedas de la derecha giraran. I si al mismo tiempo empuja hacia atrás el de la izquierda, las ruedas de la izquierda giraran haciendo que el carro gire.

Colocando un sensor delante i otro detrás del manillar, se puede detectar si el usuario empuja o estira el carro. Si la combinación de las fuerzas delantera y trasera resulta positiva hacia delante, el carro aumenta de velocidad. Para estacionar el carro basta con dejar de agarrarlo con ambas manos. 32 32


Mecanismo para subir escaleras Este mecanismo es la esencia del proyecto, tiene que dirigir la potencia del motor al eje de rotación o a las ruedas dependiendo de si esta en modo estándar o en modo escaleras. Ya de entrada este objetivo sugiere un sistema de engranajes En conclusión, se teniatipo quecaja creardeun cambios. sistema capaz de conectar el motor con las ruedas, y el cuerpo con el eje de rotación en el caso del modo standard. En el modo escaleras, el cuerpo tiene que estar conectado con las ruedas, y el motor con el eje de rotación Inspirado en una caja de cambios de coche, pero mucho más simplificada. En el modo estándar, el carro debe mantenerse solidario al eje de rotación, este tiene que estar bloqueado con el cuerpo.

En el modo escaleras el eje de rotación tiene que liberarse del cuerpo, pero las ruedas no pueden quedarse sin sujeción ya que sino el carro se movería sin sentido y no tendría punto de apoyo para realizar el movimiento giratorio. La forma mas clara de mantener las ruedas fijas era haciéndolas solidarias al cuerpo del carro. El eje central es el eje motriz, este eje transmite el movimiento a la pieza amarilla, La pieza amarilla puede moverse hacia la izquierda o la derecha de forma independiente al eje motor, pero siempre girara solidariamente. Cuando esta pieza engrana a la izquierda con la chapa que sujeta las ruedas, hace que el movimiento de motor haga girar el eje de rotación para subir escaleras. Si engrana a la derecha con el piñón, se transmite el movimiento motor a través de dos cadenas a ambas ruedas. De este modo las ruedas giran solidarias y el carro avanza.

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La pieza azul esta encajada a al cuerpo del carro, se mueve hacia los lados impulsado por un servo motor y se mantiene solidaria en rotación con el cuerpo del carro. Si la pieza encaja a la derecha con la chapa, el eje de rotación es solidario al cuerpo i se comporta como un carro normal, de lo contrario, el engranaje que conecta con las ruedas se mantiene orientado como el cuerpo del carro.

El conjunto de las ruedas girara pero las ruedas se mantendrán orientadas igual que el carro gracias a la cadena, asegurando el punto de apoyo fijo. Estas dos piezas mencionadas, se mueven solidarias de derecha a izquierda unidas por una pieza similar a la horquilla que engrana los diferentes engranajes en una caja de cambios.

Esta sección Muestra todos los engranajes y componentes que se agarran al eje central del sistema.

La forma general viene dada por las piezas estándar. Se ha doblado la chapa más próxima al cuerpo para hacerla de las mismas dimensiones tanto en altura como en anchura en la mayor parte posible. Con esto se podía colocarla parte de la transmisión doblada debajo del cuerpo permitiendo el movimiento giratorio sin que choquen los dos objetos. Solo se ha podido esconder debajo del cuerpo la parte de la transmisión que se encuentra entre la chapa y el piñón ya que después ya se pone la cadena que necesita toda la longitud. Los engranajes sincronizadores son un solo modelo que es soldado a las distintas piezas a engranar. Un solo modelo simplifica la fabricación. Este engranaje tiene una separación entre dientes ancha para facilitar el encaje.

Los dientes tienen chaflán para dirigir los dientes hacia el lugar correcto y asegurar el encaje Todo el conjunto de la transmisión esta cubierto por dos carcasas de un solo modelo de Polipropileno inyectado que se encajan entre las chapas y se unen entre ellas con tornillos autorroscantes.

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Estructura tubular. La forma mas sencilla, económica y eficaz de hacer el esqueleto del cuerpo del carro es mediante una estructura tubular. Para este modelo, se empezó a buscar formas sencillas. Se intento crear una forma con un tubo único doblado, pero posteriormente, se fue simplificando para facilitar el montaje y la fabricación. El sistema de regulación de altura se logro separando la parte tubular del manillar de la parte estructural con dos tubos concéntricos. Estos dos tubos van unidos por un sistema de pin interior que se encaja en varios agujeros dependiendo de la altura que se quiere. Las alturas están definidas según el apartado de ergonomía entre 85 cm y 1 m.

Manillar. El manillar de la derecha es distinto al de la izquierda por debido a las funciones del extremo. En el derecho se encuentra el botón que activa el modo escaleras, y a la derecha la entrada de energía. Sin embargo, también tienen una parte común.

Ambos tienen pegados los sensores de fuerza en su posición. Estos sensores son flexibles y se adaptan perfectamente a la superficie. Los cables se introducen en el interior del manillar por dos taladros posicionados adecuadamente. Por encima de los sensores i alrededor del tubo se pone un puño estándar de poliestireno del diámetro adecuado.

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El control derecho tiene un pulsador estándar montado sobre una chapa metálica soldada al interior del tubo. Posteriormente se encaja por clipaje una tapa que se moverá solidaria al pulsador. Esta pieza hará el botón mas grande e integrado al conjunto.

El control izquierdo aprovecha la misma chapa de metal para poner el conector de corriente. Este conector se trata de un conector de corriente standard. La misma tapa utilizada como botón en el lado opuesto se agujerea para dejar a la vista el conector y se encaja a la chapa.

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Base estructural. La base es el núcleo del carro. En esta parte se unen todos los elementos anteriormente explicados. Los tubos se introducen por los agujeros de la chapa, pero antes se coloca un pasamuros que facilita el encaje de estos con la chapa. Por dentro se unen al chasis por unas piezas de plástico que rodean i cogen ambos tubos. Estas piezas van atornilladas al chasis unificando la estructura que aguanta la bolsa con la base. Esta pieza de plástico también tiene la función de agujero para unir la carcasa de la base al chasis con tornillos autorroscantes. Los motores principales van montados a una chapa soldada al chasis. Esta chapa aguanta el motor y el eje motriz de la transmisión. La conexión del eje del motor con el eje de la transmisión se produce con un par de engranajes estándar. Otra pieza soldada a los lados del chasis conecta el conjunto con la pieza de la transmisión solidaria al cuerpo.

Las baterías van cogidas al chasis con una chapa doblada de aluminio atornillada. Esta chapa restringe el movimiento de las baterías en todas direcciones, evitando así, el movimiento indeseado de las baterías en el caso de que el carro bloque o se incline. El chasis tiene una forma particular. La primera superficie donde van las baterías, los motores y los tubos tiene las medidas exactas para almacenar todos estos componentes en el mínimo espació. El segundo nivel, donde se introduce la transmisión i la palanca de cambio tiene una forma ovalada lo mas estrecha posible para evitar que choque con el escalón al subir. La longitud de esta parte es mas pequeña para albergar una parte de la transmisión

La chapa central aguanta el servomotor uniéndolo con tornillos. La chapa va soldada al chasis.

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Sistema de cambio. El sistema de cambio se acciona con un servomotor. Este gira en una dirección u otra empujando la palanca que conecta con la pinza que sujeta la parte móvil de la transmisión. El movimiento angular del motor se transforma en lineal mediante un pin introducido en la ranura de la palanca. Este pin se mueve a lo largo de la ranura en la dirección que no nos interesa que se mueva el conjunto. También se consideraron otros sistemas como un brazo articulado, pero este era el mas sencillo. La pinza que coge la transmisión es solidaria a la varilla y al movimiento de traslación de la transmisión, pero permite que esta gire independientemente. Este sistema mecánico asegura la sincronización de cambio en el cambio de la derecha y el de la izquierda.

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Motores, ruedas y baterías El conjunto de baterías esta compuesto por dos tipos de baterías, una de 12v y 12 A de capacidad y dos de 12v y 4 A. Se ha hecho esta combinación por tema de espació, Las baterías de 4 A son más pequeñas y se han podido incorporar mejor en el espació que nos quedaba disponible después de colocar la de 12 A. Los motores principales se tratan de dos motores iguales. Cada motor tiene una fuerza nominal de salida de 25 Nm. Juntos pueden llegar a subir 40kg de peso. Aunque se había optado por usar motores de reductor planetario, se han elegido con reductor de engranaje sinfín para encajarlos en la base de la forma mas compacta posible Las ruedas son un conjunto estándar de una empresa particular. Inicialmente las venden preparadas para moverse independientes al eje, pero en nuestro caso es necesario que queden solidarias al eje. Por ese motivo se hablara con el fabricante para encontrar alguna forma de modificar el eje e introducir una chaveta que una el eje y la rueda

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Informática.

Bolsa.

Este proyecto requiere una gran parte informática para hacer funcionar los distintos dispositivos, tanto el sistema de control, como el modo de escaleras. Esta programación se encargara a una empresa especializada que tendrá que tener en cuenta varios factores.

La bolsa esta pensada para ser llenada de arriba abajo. Esta separada por varias estanterías donde se pueden apoyar los objetos. Estas estanterías están cosidas a la misma bolsa. La bolsa va unida a la estructura con tiras de velcro que rodean el tubo. Las oberturas a para acceder a los espacios de almacenamiento se empezaron diseñando como una sola apertura que cubre todo el conjunto. Sin embargo, al abrir al máximo dicho sistema quedaba la tela apoyada en el suelo. Para evitar esto se separo en dos apertura. Una para la parte superior, y otra para las estanterías inferiores. El velcro se vuelve a usar en este caso para cerrar las aperturas.

En la programación de control se tendrá que hacer todo lo necesario para que los sensores de fuerza envíen ordenes adecuadas a los motores. El cambio de engranaje se tiene que producir cuando el botón esta pulsado. Una vez se ha pulsado, se dará una orden al servomotor para que mantenga el conjunto en la posición de subir escaleras. El programa tendrá que controlar la posición de las ruedas y evitar que el sistema se cambie en mitad del ascenso. El programador también deberá pensar una forma de comunicar la capacidad de energía al usuario. Se propone usar indicadores LED para el nivel de batería. Estos indicadores podrán colocarse en la carcasa del conjunto. La única condición que imponemos para el control de batería, es que el carro no pueda activarse si no tiene un la como mínimo, la mitad de la capacidad. De este modo se evita que el usuario se quede sin batería en medio del uso. Hay espació libre en el chasis para atornillar todas las PCB que sean necesarias

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