Este documento describe el diseño de un vehículo autopropulsado y autoguiado mecánicamente. Los estudiantes Indy Zoraima Araque Salazar, Yeferson Garzón Castro y Víctor Hugo Laverde Laverde, bajo la dirección de los ingenieros Nelson Arzola y Edwin Cárdenas, presentarán este prototipo en la XXIV Muestra de Máquinas y Prototipos del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica de la Universidad Nacional de Colombia.

1. Estudiantes:
INDY ZORAIMA ARAQUE SALAZAR
YEFERSON GARZÓN CASTRO
VÍCTOR HUGO LAVERDE LAVERDE
Directores:
Ing. Nelson Arzola
Ing. Edwin Cárdenas
Bogotá D.C., junio de 2009
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
VEHÍCULO AUTOGUIADO Y AUTOPROPULSADO
MECÁNICAMENTE

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
Referentes

3. ANTECEDENTESY FUNDAMENTACIÓN

4. ANTECEDENTESY FUNDAMENTACIÓN
• Presupuesto destinado y tiempo desarrollo
Marketing $ 30.000
Diseño $ 40.000
Manufactura $100.000
Prototipo $ 20.000
El proyecto se desarrollara en 15 semanas empezando en la
semana del 2 de marzo al 8 de marzo y terminando en la semana
del 8 de Junio al 14 de junio. La presentación del proyecto se hará
en la semana 16 en la muestra de maquinas y prototipos.

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Construcción de un prototipo
funcional tipo vehículo
autopropulsado y autoguiado
mecánicamente, que funcione en
una superficie plana y que
describa una trayectoria
predeterminada

6. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

7. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Para realizar el Benchmarking de la
competencia se tomo como referencia el
prototipo del vehículo autopropulsado de
Leonardo da Vinci que se encuentra en el
museo de Milán y prototipo que se encuentra
en el instituto y museo de la historia y de la
ciencia en Florencia Italia

8. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
Relación entre requerimientos y especificaciones

9. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
Valores objetivos y dificultad en alcanzarlos.
Benchmarking de la competencia

10. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
Relación entre las especificaciones de diseño

11. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Vehículo
autoguiado y auto
propulsado
mecánicamente
Subsistema de
dirección
Programar
mecánicamente
la ruta
Activación del
mécanismo de
guia
Seguimiento de la
guia
detereminada
Direccionar las
ruedas
Orientación del
mécanismo de
tracción
movimiento del
vehículo
Subsistema de
autopropulsión
Almacenar
energía
Asegurar
velocidad
constante
Trasmitir energía
Suministar
energía al
mécanismo de
direccionamiento
Suministar
energía al
mécanismo de
programación
Suministar
energía al
mécanismo de
tracción

12. GENERACIÓN DE CONCEPTOS
*Sistema de generación de energía
por medio de una cuerda que se
enrolla y después se extrae
bruscamente del mecanismo para
producir el movimiento.
*Almacenamiento de energía por
medio de un volante de inercia que
usando su geometría almacena
energía dándole más duración al
movimiento.
*Transmisión de movimiento por
medio de piñones configurados como
cajas reductoras.
*Implementación de la dirección
usando la cruz de malta ya que
permite movimiento gradual y
regulado.
Concepto 1

13. GENERACIÓN DE CONCEPTOS
*Sistema de generación de energía
por medio de un mecanismo giratorio
conectado a un muelle en espiral.
*Almacenamiento de energía
generado por un muelle en espiral
que demuestra la ley de hooke con
su comportamiento físico.
*Transmisión de movimiento por
medio de piñones configurados como
cajas reductoras.
*Implementación de la dirección
usando la cruz de malta ya que
permite movimiento gradual y
regulado.
Concepto 2

14. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
*Sistema de generación de
energía por medio Perpetuum
Mobile.
*Transmisión de movimiento por
medio de correas.
*Implementación de la dirección
usando una leva de cilindro que
permite generar de forma fácil la
programación
Concepto 3

15. GENERACIÓN DE CONCEPTOS
*Sistema de generación de
energía por medio de un
mecanismo giratorio conectado a
un muelle en espiral.
*Almacenamiento de energía
generado por un muelle en
espiral.
*Transmisión de movimiento por
medios de engranajes.
*Implementación de la dirección
usando una leva de cilindro que
permite movimiento guiado y
gradual.
Concepto 4

16. GENERACIÓN DE CONCEPTOS
*Vehículo autopropulsado con
obtención de potencia a través de
muelle en espiral
*Sistema de dirección por leva de
disco.
*Transmisión de energía por
engranajes
*Tracción por ruedas
Concepto 5

17. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
*Vehículo autopropulsado con
obtención de potencia a través de
volantes de inercia.
*Sistema de dirección por leva de
disco.
*Transmisión de energía por
engranajes
*Tracción por ruedas
Concepto 6

18. Evaluación de concepto
• Matriz pasa-no pasa
• El concepto 5 en la evaluación de la matriz es el concepto más prometedor
ya que cumple con la gran mayoría de requerimientos del cliente.

19. Evaluación de concepto
• Matriz de decisión
* Se observa que de igual forma que en la matriz pasa no pasa el concepto
con mejor evaluación es el concepto 5. El equipo de diseño ha decidido
que este es el concepto que se desarrollara.

20. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
*Vehículo autopropulsado con obtención de
potencia a través de muelle en espiral
*Sistema de dirección por leva de disco.
*Transmisión de energía por engranajes
*Tracción por ruedas.
Se escogió la anterior configuración porque es
la que presenta las mejores condiciones físicas
realizables además de eso porque los
dispositivos que los componen son mucho mas
estándar y se encuentran mas fácilmente en el
mercado , además de eso los mecanismos son
mucho mas implementables .

21. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
El Vehículo se propulsa
mediante la acción de una
cuerda previamente
retorcida, la cual también
brinda energía a un disco
que ofrece varias
configuraciones de
programación de acuerdo al
gusto del usuario. Esta
programación se hace
mediante secciones
didácticas que al ir
combinándolas se obtienen
diferentes trayectorias.

22. • ASPECTOS DE SEGURIDAD Y
CONTROL DE LA MÁQUINA
El vehículo es un dispositivo autónomo que esta
limitado únicamente a la duración de la cuerda,
esto quiere decir que una vez se le da la torsión
a la cuerda este funcionará hasta que ya no
tenga almacenada más, siguiendo la trayectoria
previamente programada. Es un dispositivo
didáctico que no ofrece riesgos de seguridad
mayores.
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

23. • ASPECTOS DE ERGONOMÍA
CONSIDERADOS
Como el peso no va a exceder los 3 kilos, la persona
que lo vaya a manipular no correrá riesgos siempre
y cuando utilice la técnica adecuada.
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

24. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
• ASPECTOS DE ERGONOMÍA
CONSIDERADOS
Cómo levantar peso
Se apoyan los pies firmemente en el suelo,
las rodillas dobladas, se sujeta firmemente la carga,
manteniendo la espalda recta y sin girar el tronco
Cómo incorporarte
Se debes levantar suavemente, extendiendo las
piernas y manteniendo la espalda recta

25. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
 Al ser un dispositivo portátil se deben
seguir las técnicas de traslado de carga
Cómo transportar la carga
Se debe llevarla cerca del cuerpo, entre los
codos y los nudillos.

26. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
La mesa de trabajo debe estar entre un metro y un metro con quince
centímetros (1-1,15 m) de altura sobre el piso para una persona cuya
estatura no supere los ciento setenta centímetros (1,70m). Esta altura
puede variar con respecto al usuario lo ideal es mantener la proporción.
Esta misma posición se puede utilizar
para exponer los mecanismos y subsistemas,
de igual forma si hay la necesidad
de hacer algún mantenimiento o si se requiere
cambiar una pieza modular.

27. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
•Se logro un diseño robusto , modular, estético y
estructural del prototipo cumpliendo con las
características principales de auto guiado ,
autopropulsado y que se desplazara sobre una superficie
plana
•El valor de producción de un prototipo como este en
términos de dinero es $150900 y el valor del servicio
brindado no es mas que un aporte a la comunidad
académica y científica

28. ANÁLISIS ECONÓMICO
• Costos asociados con el proceso de diseño
Se realizaron varias compras relacionadas con el mecanismo de muelle en
espiral de un valor de $20.000 pesos con un de realizar pruebas relacionadas
al torque y velocidad de salida.
• Costos de materiales
Engranajes $15.700
Acrílico para el chasis, llantas , barras de dirección, leva y soporte de
leva $55.000
Seguidor $1300
Pegante para acrílico (Cloruro de metileno) $ 2.400
• Costos de fabricación
Chasis $15.000
Leva $15.000
Otros componentes $ 20.000
• Costos de ensamble
Elementos de conexión $ 6.500

29. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•se obtuvo la mejor configuración de relación entre engranes para
lograr el mejor desempeño con respecto a la velocidad y torque
transmitidos
•Se puede tener en cuenta un diseño para la leva de tal manera que
su forma describa una línea continua y no discretizada como fue
implementada.
•Siempre que se trabaje con muelles en espiral hay que tener en
cuenta la distribución total de los torques en el mecanismo ya que de
pronto no podría suministrar toda la energía necesaria.
•Al momento de cambiar la dirección de un movimiento en un
mecanismo se recomienda hacer los procedimientos necesarios
(simulaciones) para asegurar que la implementación funcione.

30. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
•ROBERT L . NORTON. Diseño de maquinas. Capítulos 9, 10, 11.
Prentice Hall 1999.
•J. EDWARD SHIGLEY,LARRY D. MITCHELL. Diseño en ingeniería
mecánica. Capítulos 10, 11, 13 , 14. McGraw-Hill 1985
•MARK ELLING ROSHEIM, Leonardo’s Lost robots capitulo 1
Springer 2006
•SOLIDWORKS versión 2008 y 2009
•INTERACTIVE PHYSICS versión 2005
•STATGRAPHICS versión 5.1

31. MUCHAS GRACIAS
Indy Zoraima Araque Salazar
izaraques@unal.edu.co
Yeferson Garzón Castro
yfgarzonc@unal.edu.co
Víctor Hugo Laverde Laverde
vhlaverdel@unal.edu.co