Máquinas Simples: Fundamentos de la Mecánica

Una máquina simple es un dispositivo en el que tanto la energía que se suministra como la que se produce se encuentran en forma de trabajo mecánico y todas sus partes son sólidos rígidos. Podemos preguntarnos por qué tanto interés en convertir una entrada de trabajo en una salida de trabajo. Existen varias razones: primero, tal vez queramos aplicar una fuerza en alguna parte de modo que realice trabajo en otro lugar. Con poleas, por ejemplo, podemos levantar un andamio hasta el techo tirando de una cuerda desde el suelo.

Las máquinas simples suelen clasificarse en los siguientes seis tipos:

  • Palancas
  • Poleas
  • Ruedas y ejes
  • Planos inclinados
  • Tornillos
  • Cuñas

Las máquinas más complejas, como los tornos mecánicos o las esmeriladoras de superficies, son combinaciones de esos seis tipos de máquinas.

Las máquinas simples: activadoras de la fuerza. Las máquinas simples han sido creadas con el propósito de facilitar el trabajo humano y optimizar la fuerza.

Tipos de Máquinas Simples

1. La Palanca

Fue creada por Arquímedes en el siglo IV a. C. Él dijo: “Denme un punto de apoyo y os levantaré el mundo…”

  • Primer tipo: como un balancín.
  • Segundo tipo: como una carretilla.
  • Tercer tipo: como una tijera, un cascanueces, o alicate.

2. La Polea

Consiste en una rueda acanalada, que gira en su propio eje, en la cual pasa una cuerda. Puede ser:

  1. Fija: no se mueve con la carga
  2. Móvil: Se desplaza con la carga.
  3. Mixta y compuesta: es una mezcla de ambos tipos de poleas.

Otros Ejemplos

En conclusión: “Las máquinas simples, han sido creadas como mecanismos de ayuda a las labores cotidianas, no usan electricidad, solamente la fuerza humana o animal.”

Robótica: Movimiento y Manipulación

1. Locomoción

Caminante estable: pueden detenerse en cualquier etapa de su marcha sin caerse. Son lentos e ineficientes en cuanto a consumo de energía.

Dinámicamente estables: Tienen buen desempeño si están en movimiento. Utilizan un movimiento rítmico de 4, 2 o 1 piernas. Se caen si chocan contra algo.

Ruedas y llantas versus extremidades antropomórficas: más eficientes, más fáciles de controlar, más fáciles construir y difíciles de trasladar y apuntar en alguna dirección.

2. Manipulación

Son efectores que transportan objetos en el ambiente. Se estudia mediante la cinemática. La cinemática es el estudio de la correspondencia entre los movimientos del actuador y el movimiento obtenido.

Tipos de movimientos:

  • Giratorios
  • Prismáticos

Grados de Libertad (GDL)

Mecánicamente un robot está formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos.

  • Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación se denomina “grado de libertad” (GDL).
  • Los GL son el número de variables independientes que fijan la situación del órgano terminal. Al final el Nro de GL es igual al número de eslabones en la cadena cinemática.
  1. Rotacional 1 GL
  2. Prismática 1 GL
  3. Cilíndrica 2 GL
  4. Planar 2 GL
  5. Esférica (rótula) 3 GL
  6. Tornillo 1 GL

Volumen de trabajo:

  • Es el volumen para el desempeño de su tarea
  • Definido en el espacio euclidiano
  • Se construye trazando los límites de cada elemento (eslabón) y cada articulación

Locomoción – Grados de libertad

  • Robot no holonómico: cuando la cantidad de grados de libertad controlables es menor que la cantidad de grados de libertad. Cuanto mayor sea la diferencia mayor es la complejidad para controlarlo.
  • Robot holonómico: cuando la cantidad de grados de libertad totales y controlables es la misma.
  • Se pueden construir robots holonómicos pero tienen un elevado costo por la complejidad mecánica.
  • Estos diseños facilitan el control, pero la sencillez mecánica de los no holonómicos los convierte en la mejor opción la mayoría de las veces. Se pueden agregar ruedas como los carros de los bomberos.

Clasificación de Robots

  • Robots Manipuladores: Conocidos como robots industriales. Son brazos articulados.
  • Robots Móviles: Permiten la movilidad del robot, incrementando la autonomía del manipulador.
  • Robots Autónomos: Realizan sus actividades sin intervención humana.
  • Tele-robótica: Operación de efectores a través de una red local o Internet.

Robots Industriales

  • Un robot industrial es un manipulador programable multifuncional diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos espaciales, mediante movimientos variados, programaos para la ejecución de la distintas tareas.
  • Se intenta que el robot no sólo sea programado sin que llegue a ciertos niveles de autonomía.