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Hola, me llamo Timon Moser y, junto con Alexander Moldaschl y Florian Fafilek, del Departamento de Diseño Mecánico y Construcción de la HTL Hollabrunn (Austria), desarrollamos un cubo giroscópico autoequilibrado como parte de nuestro proyecto final.
La idea: un cubo que no se cae así como así
El proyecto no comenzó con un problema cotidiano típico, sino con un reto técnico: ¿se puede estabilizar un cubo utilizando ruedas de reacción internas? Con el tiempo, la idea evolucionó hasta convertirse en un Cubli totalmente funcional: un sistema compacto que combina diseño mecánico, electrónica e ingeniería de control.
Un Cubli es un cubo giroscópico que puede equilibrarse sobre una arista o esquina mediante volantes de inercia giratorios. Un sensor detecta la posición del cubo, un microcontrolador procesa los datos y controla los motores. Al cambiar la velocidad de rotación de los volantes de inercia, se generan pares de reacción que ayudan a restaurar el equilibrio del cubo.
Para el equipo, el proyecto fue especialmente emocionante porque combinaba varias disciplinas: mecánica, electrónica, software e ingeniería de control. A mí me interesaba especialmente trabajar en un proyecto que no fuera solo teórico, sino que pudiera construirse y funcionar en la realidad.
De un montaje de prueba en 2D a un Cubli en 3D
Antes de construir el cubo 3D completo, nuestro equipo desarrolló un montaje de prueba bidimensional. Esto redujo la complejidad a un único eje de inclinación e hizo que el principio básico fuera más fácil de controlar: un bastidor, un motor, una rueda de reacción y un eje de rotación definido.
Este paso intermedio fue fundamental. El montaje 2D nos ayudó a comprender el comportamiento de una sola rueda de reacción, observar la distribución de la masa e identificar posibles problemas de diseño en una fase temprana. Solo entonces se transfirió el principio a los tres ejes espaciales.
El Cubli 3D final consta de seis piezas de bastidor rectangulares que forman el cubo. En su interior hay tres ruedas de reacción dispuestas ortogonalmente, motores, soportes de motor, componentes de transmisión de par y la electrónica, incluida la PCB. Cada eje debe poder actuar de forma independiente sin chocar con las demás ruedas o componentes.
Diseño: cuando el centro de gravedad determina la funcionalidad
En un proyecto como este, el éxito no depende solo de si todas las piezas encajan. Igual de importante es dónde se encuentra la masa.
Al equilibrarse, el Cubli se encuentra en una posición de equilibrio inestable. Incluso pequeñas desviaciones en el centro de gravedad pueden crear momentos de vuelco adicionales y dificultar el control. Por eso, los componentes pesados debían colocarse lo más cerca posible del centro. Al mismo tiempo, el cubo necesitaba espacio suficiente para los motores, las ruedas de reacción, los rodamientos, los componentes de transmisión de par y la electrónica.
Yo me encargué principalmente de la parte mecánica del proyecto. Alexander se ocupó del software y del diseño de la PCB, mientras que Florian se encargó de la electrónica, los cálculos, el cableado y el montaje. Esta clara distribución de responsabilidades era importante porque la mecánica, la electrónica y la ingeniería de control interactúan directamente en este proyecto.
Los componentes mecánicos más importantes incluían:
- Piezas del bastidor como estructura de soporte
- Ruedas de reacción para generar momento angular
- Soportes de motor
- Componentes de transmisión de par
- Rodamientos y elementos de conexión
- Elementos de esquina impresos en 3D
- PCB y componentes electrónicos
El mayor reto fue coordinar todos los componentes mecánicos de tal manera que el montaje funcionara más tarde y encajara con precisión.
Piezas del bastidor con corte por láser como base estable
Para las piezas del bastidor elegimos el corte por láser. Estos componentes forman la estructura básica del cubo y debían ser ligeros, estables y fabricarse con precisión. El aluminio fue la elección obvia porque ofrece una buena combinación de bajo peso y estabilidad suficiente.
Las piezas del bastidor con corte por láser se fabricaron con el apoyo de Xometry. Para nuestro equipo, no solo era importante la fabricación en sí, sino también que el proceso fuera rápido y sencillo. En un proyecto final, el tiempo es limitado. Por tanto, los presupuestos, las decisiones y los pasos de fabricación deben encajar rápidamente.
Para nuestro equipo, esto supuso una ayuda práctica y la prueba de que las empresas se toman en serio los proyectos técnicos de los estudiantes. En un proyecto con un presupuesto limitado y un calendario ajustado, un socio de fabricación fiable puede marcar una diferencia decisiva. Más allá de un acabado limpio, las piezas del bastidor debían garantizar un montaje mecánico preciso.
Retos: pequeños detalles de fabricación con grandes consecuencias
Al igual que en muchos proyectos técnicos, el cubo giroscópico también demostró que las lecciones más importantes a menudo no aparecen en el modelo CAD, sino durante el montaje real.
Un reto particular fue roscar componentes de acero inoxidable. Los machos de roscar se rompieron y se atascaron en el soporte del motor y en las piezas de transmisión de par. Como resultado, algunas roscas no pudieron terminarse inicialmente. El problema no solo fue frustrante, sino que bloqueó el resto del montaje mecánico.
Buscamos soluciones externas y aprendimos lo importante que es en realidad el Diseño para la Fabricación (DfM). Algunos orificios se podrían haber ajustado antes, ciertas profundidades de rosca resultaron desfavorables para el mecanizado manual y pequeños detalles tuvieron un impacto mayor de lo esperado.
Esto se convirtió en una de las lecciones más importantes del proyecto: incluso las pequeñas decisiones de diseño pueden tener más adelante grandes consecuencias para la fabricación, el montaje y la funcionalidad.
Hacia dónde se dirige el proyecto
Al final, el resultado no es solo un demostrador técnico, sino un proyecto que conecta estrechamente la teoría y la práctica. El equipo construyó un montaje de prueba funcional en 2D, completó el montaje mecánico y eléctrico final del Cubli en 3D y adquirió una valiosa experiencia en diseño, fabricación, electrónica y trabajo por proyectos.
Para mí fue especialmente motivador ver cómo una idea se convertía poco a poco en un sistema físico. Lo que más me entusiasma es que, al final, tienes delante un sistema real que funciona y no solo un concepto teórico.
Los siguientes pasos son la implementación completa y las pruebas del sistema de estabilización. Un posible desarrollo futuro sería permitir que el Cubli se levante por sí mismo de forma autónoma.
Sin embargo, la conclusión más importante ya está clara: los proyectos técnicos rara vez funcionan sin contratiempos. Y eso es exactamente lo que los hace valiosos. La planificación, la precisión y un diseño limpio son importantes, pero también lo es la capacidad de reaccionar de forma flexible a los problemas y seguir adelante.
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