Por qué las guías lineales de tu robot de FTC se atascan a mitad de recorrido (y cómo encordarlas)
El bloqueo de las guías lineales a mitad de extensión se debe a la reducción del solapamiento entre tramos (que multiplica la fricción de los rodamientos), a cuerdas desalineadas que provocan torsiones o a pérdidas de tensión en el encordado continuo. Descubre cómo diagnosticarlo y corregirlo.
Si el elevador de tu robot de FIRST Tech Challenge (FTC) se extiende suavemente durante los primeros diez centímetros y luego se bloquea en seco a mitad de recorrido, las guías no son defectuosas. Estás ante uno de dos fallos mecánicos previsibles: la reducción del solapamiento de contacto que multiplica las fuerzas normales sobre los rodamientos, o un guiado del cable que tira del carro lateralmente en lugar de en paralelo al recorrido de la guía.
Las guías lineales trabajan sometidas a fuertes cargas en voladizo durante las partidas. Cuando una toma (intake) o una pinza se extiende hacia afuera, la gravedad genera un par de rotación (un momento) a lo largo de todo el conjunto de la guía. A medida que se despliega cada etapa, el solapamiento físico entre tramos adyacentes disminuye. Puesto que el momento mecánico es la fuerza multiplicada por la distancia, reducir a la mitad la distancia de solapamiento duplica la fuerza normal sobre los rodamientos del extremo. Si el encordado añade aunque sea un pequeño vector lateral o desalineado respecto al eje, la fricción supera el par del motor y el elevador se atasca.
Encordado continuo frente a en cascada: la aritmética de la fricción
La forma en que se guía el cordón del elevador determina cómo se distribuye el par motor y cómo se acumula la fricción entre las etapas. La mayoría de los equipos de FTC construyen elevadores continuos o en cascada utilizando guías comerciales estándar (como las guías Viper de goBILDA, las guías ultraplanas de REV o los raíles con rodamientos de bolas SAR3310).
| Método de encordado | Velocidad de la cuerda frente al motor | Carga sobre el motor | Orden de movimiento de las etapas | Modo de fallo principal |
|---|---|---|---|---|
| Continuo | Rápida (1:1 respecto a la bobina) | Baja demanda de par ($1\times$ el peso del elevador) | Impredecible (se mueve primero la etapa con menor fricción) | Holgura del cable, descarrilamiento de poleas, descuadre a mitad de recorrido |
| En cascada | Multiplicada ($N\times$ la velocidad de la bobina) | Alta demanda de par ($N\times$ el peso del elevador) | Simultáneo (todas las etapas se mueven a la vez) | Estiramiento de la cuerda, desincronización entre etapas, alto riesgo de calado del motor |
En un elevador continuo, un único cable sin cortes va desde una bobina, pasa por poleas situadas en la parte superior e inferior de cada etapa intermedia y se ancla al carro final. Aunque es fácil de montar con componentes estándar, el encordado continuo sufre por un orden de despliegue impredecible. La etapa con menor resistencia se mueve primero. Cuando esa etapa llega a su extensión máxima, la siguiente asume bruscamente la carga. Este repentino desplazamiento del centro de gravedad suele descuadrar la etapa intermedia, encajando los rodamientos contra el raíl.
En un elevador en cascada, cada etapa cuenta con un cable independiente anclado a la etapa inferior. Cuando la etapa 1 se extiende 100 mm, la etapa 2 se ve forzada a extenderse 100 mm simultáneamente. Los elevadores en cascada evitan los desplazamientos bruscos de peso porque todas las etapas se despliegan a un ritmo uniforme, pero exigen un par significativamente mayor al reductor y requieren un tensado preciso en cada etapa.
Por qué se producen los atascos en el punto medio
Los bloqueos a mitad de recorrido casi siempre se deben a tres causas físicas:
- Tiro de cable no paralelo: si la cuerda del elevador forma un ángulo hacia dentro o hacia fuera de tan solo 3 a 5 grados entre la polea y el punto de anclaje de la etapa, la tensión del cable ejerce una fuerza lateral sobre el carro. En reposo, la precarga de los rodamientos resiste esta fuerza. A media extensión, donde el solapamiento del raíl disminuye, esa fuerza lateral ladea el carro en su carril (lo que en inglés se conoce como racking o descuadre).
- Multiplicación de la fricción en casquillos fijos: cada curva de 90 grados sobre un separador estático o un casquillo de plástico de baja calidad genera fricción ($F_{\text{out}} = F_{\text{in}} e^{\theta\times\text{friction coefficient}}$). Para cuando una cuerda continua ha pasado por cuatro etapas intermedias, más de la mitad de la potencia del motor se pierde en la fricción del guiado en lugar de destinarse a levantar peso.
- Amontonamiento del cable en la bobina: cuando un cordón de UHMWPE (como el cable de REV o el Dyneema/Spectra genérico) se enrolla sobre sí mismo de forma irregular en un eje de motor simple, el diámetro efectivo de la bobina cambia dinámicamente. Esto provoca una alimentación desigual entre la cuerda de extensión y la de retracción, lo que genera holguras o un exceso grave de tensión a mitad de recorrido.
Cómo encordar las guías correctamente sin mecanizado a medida
No necesitas placas CNC a medida ni componentes exóticos para eliminar los atascos en las guías. La aplicación de unos principios rigurosos de montaje en el banco de trabajo soluciona casi todos los fallos del elevador.
1. Mantén las líneas de cuerda estrictamente paralelas
Cada tramo de cuerda que discurra entre una polea y un punto de anclaje debe ser estrictamente paralelo al perfil de la guía tanto en el eje X como en el Y. Utiliza separadores y arandelas de ajuste bajo las poleas para garantizar que la cuerda salga de la garganta de la polea en el plano exacto del tornillo de anclaje de la etapa. Una cuerda que tire mínimamente fuera de eje actúa como un freno muy eficaz.
2. Elimina la holgura de la cuerda con tensado dinámico
Los elevadores continuos necesitan un cable de retorno (de bajada) para retraer la guía de forma fiable. Dado que la cuerda se estira bajo carga y las bobinas rara vez enrollan simétricamente, un encordado rígido quedará con holgura o se trabará. Remata el cable de retorno en un muelle tensor de alta resistencia o en un lazo corto de tubo quirúrgico de alto módulo anclado al carro. El muelle absorbe las fluctuaciones del diámetro de la bobina mientras mantiene una tensión positiva del cable en todas las poleas.
3. Estandariza con poleas con rodamientos de bolas
Nunca guíes la cuerda del elevador sobre separadores fijos, espaciadores de aluminio o canales impresos en 3D sin rodamientos. Utiliza poleas específicas con rodamientos de bolas o rodamientos pequeños con valona (como los de las series MR105 o F688 colocados entre arandelas). La diferencia en fricción por rodadura entre un rodamiento con valona económico y un separador estático es de aproximadamente un orden de magnitud.
4. Utiliza únicamente lubricantes secos
No pulverices WD-40, espray húmedo de silicona ni grasa de base de petróleo en los carriles de las guías de FTC. En la zona de boxes de una competición o en el suelo del aula, los lubricantes húmedos atraen polvo, virutas de plástico y restos de espuma de los elementos del terreno de juego, lo que forma una pasta abrasiva que destroza las pistas de bolas y los deslizadores de nailon. Limpia los perfiles de las guías con alcohol isopropílico y aplica un espray seco de PTFE (como lubricante de teflón seco), dejándolo secar por completo hasta formar una película mate antes del montaje.
5. Limita y guía el enrollado en la bobina
Evita el enrollado en un solo punto sobre un eje hexagonal expuesto. Utiliza bobinas ranuradas o cabrestantes de doble tambor donde la cuerda de extensión se desenrolle al mismo ritmo exacto al que se enrolla la de retracción. Si utilizas bobinas estándar impresas en 3D, incluye paredes divisorias para separar los cordones de elevación y retorno, evitando que las cuerdas se crucen entre sí bajo carga.
Si estás replanteando el sistema de tracción y la geometría del elevador de cara a la próxima temporada, explora nuestros diseños mecánicos probados y kits en nuestra sección de robótica de FTC.
