Manipulador hidráulico de locomoción adaptativa

Abstract

El objeto de este proyecto es el diseño y cálculo de un manipulador hidráulico para operaciones combinadas en campo, teniendo movilidad en terrenos abruptos y disponibilidad de regular su capacidad de movimientos y carga en función del grado de irregularidad topográfica. El manipulador constará de una plataforma móvil con tracción hidráulica adaptada mediante patas articuladas; y un brazo articulado o pluma capaz de conjugar el uso de tres herramientas para operaciones relacionadas. El manipulador hidráulico es una máquina para trabajo en obras de cierta envergadura con restricciones severas en la maniobrabilidad y condiciones de trabajo en la misma. Con el fin de superar con suficiente solvencia estos requerimientos y desarrollar las operaciones en campo convenidas con la precisión especificada se ha dotado a la máquina de las características en el diseño que se detallan a continuación. En primer lugar y como base de la estructura se parte de una plataforma capaz de sustentar con seguridad la cabina de tripulación y mando del manipulador por una parte; y el brazo articulado por otra. Esta plataforma constituye además el elemento de tránsito entre las funciones operativas de mando y trabajo y las funciones locomotoras de patas y ruedas. Por ello, habrá que conjugar en su diseño la rigidez y ligereza necesarias para desempeñar correctamente su cometido. Como sistema motriz de carácter más innovador en este tipo de máquinas relacionadas con las obras públicas, y elemento de mayor responsabilidad en la consecución de las especificaciones fijadas para este proyecto se ha llevado a cabo el diseño de un sistema constituido por seis patas articuladas, tres a cada lado de la plataforma del manipulador y distribuidas linealmente equidistantes. Este diseño confiere al manipulador un área de apoyo mayor que con cualquier otro sistema; por otra parte le da la posibilidad de salvar obstáculos de grandes dimensiones e incluso operar desde las condiciones de apoyo y movilidad más desfavorables sin apenas restricciones en la precisión de sus trabajos. Como sistema adicional para terrenos llanos y de firme en condiciones aceptables, en el último tramo de cada pata se incluirán dos ruedas estándar accionadas por sendos motores hidráulicos cuyos ejes se mantendrán unidos de modo que los motores puedan trabajar en serie o en paralelo según las necesidades de par o velocidad en las ruedas en cada momento. El hecho de que los motores sean reversibles posibilitan al manipulador su marcha hacia delante o hacia atrás con las mismas prestaciones. En este sentido también es importante haber conseguido con este sistema de locomoción auxiliar el poder hacer rotar el manipulador sobre sí mismo haciendo independientes los circuitos correspondientes al flanco derecho de ruedas y a su homólogo izquierdo, tanto en las vías de fuerza como en las de pilotaje y control. Por último queda mencionar las posibilidades que ofrece la pluma en las operaciones de trabajo. Este brazo consta de dos tramos articulados y controlados mediante dos cilindros hidráulicos de doble efecto cuyas funciones son las de posicionar y sustentar las herramientas de trabajo con la precisión requerida y garantizando un área de operación competitiva. Para la rotación de la pluma y posibilitar giros de 360º, se ha empleado un motor hidráulico y una transmisión de piñón y corona dentada consiguiendo así utilizar un motor cuyo requerimiento de par sea mucho menor y por tanto más ligero; y una mejor regulación de la amplitud de los giros, obteniendo de este modo una mayor precisión en obra. Las herramientas elegidas para el trabajo combinado en obras hidráulicas son un martillo percutor, una perforadora y unas tenazas. Están orientadas a abordar tareas íntimamente relacionadas y por tanto podrían ser susceptibles de ser usadas en cualquier circunstancia por la máquina. De modo que para conseguir un cambio rápido de las mismas se han estudiado, aunque sin entrar en un diseño altamente detallado, dos posibles vías para lograr este objetivo: el uso de un plato giratorio, en el extremo del brazo hidráulico, que posibilite el uso de las herramientas de una en una girando el mismo de un tercio en un tercio de vuelta mediante un motor hidráulico; o por otra parte la instalación de un banco de cambio rápido de herramientas en el chasis de la máquina, entre la cabina y la pluma, que permitiera la sustitución sucesiva de herramientas en función de las necesidades de cada momento.