Manipulador hidráulico de locomoción adaptativa
Resumen
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.