Diseño de un cubo que se equilibra por sí solo sobre una arista

Cubo que se equilibra

• Este cubo puede equilibrarse por sí solo sobre una arista y, al mismo tiempo, girar de forma controlada alrededor de su eje.
• Lo logra mediante tres ruedas de reacción y un ingenioso sistema de control.
• La idea original de este dispositivo fue propuesta por investigadores de ETH Zürich, y después se realizaron algunas mejoras.

Diseño mecánico

• El diseño mecánico del cubo es en su mayor parte similar al Cubli original, aunque tiene algunas diferencias.
• La estructura principal está compuesta por ocho "cornerstones" y seis paneles laterales.
• Tres de los paneles laterales tienen funciones adicionales para soportar el motor y el ensamblaje de la rueda de reacción.
• Todas las piezas fueron dibujadas en (con)Fusion 360.

Diseño electromecánico

• Para el motor y el controlador del motor se utilizaron motores Maxon, como en otros cubos de equilibrio.
• Es importante elegir componentes de alta calidad.
• Se eligió un controlador de motor de cuatro cuadrantes compatible con un motor de 60W.
• El software del controlador de motor Escon es agradable de usar.
• Para la batería se eligió una batería de polímero de litio 6S1P.
• La placa principal es un diseño personalizado que integra varios componentes.

Diseño y ajuste del controlador

• El controlador no se diseñó desde cero, sino que se hizo un port del trabajo de Fabio Bobrow a Arduino.
• El diseño del controlador principal de actitud es interesante.
• Puede explicarse como una negociación entre dos objetivos opuestos.
• La puesta en marcha y el ajuste del controlador representan la mayor parte del trabajo relacionado con el código.

Siguiente paso: saltar

• Hay planes de añadir un freno mecánico a las ruedas de reacción.
• Esto permitirá que el cubo pueda moverse por sí solo hasta la posición de equilibrio.

Archivos fuente y documentación

• Todos los archivos de diseño, configuración y código relacionados con este proyecto pueden encontrarse en el repositorio de GitHub.
• Si tienes preguntas sobre el proyecto o quieres construir tu propio cubo, puedes ponerte en contacto.
• El costo del BOM es de aproximadamente €2500.

Opinión de GN⁺:

1. Este proyecto es muy útil para aprender aplicando en la práctica conceptos complejos de ingeniería mecánica y electrónica.
2. El enfoque de código abierto puede ayudar a otros ingenieros y estudiantes a explorar esta tecnología y crear sus propias versiones.
3. Este tipo de tecnología puede contribuir a una mejor comprensión de los sistemas de ruedas de reacción utilizados en tecnologías avanzadas como los satélites.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Como un ingeniero de control con experiencia, yo también pasé varios días cambiando el signo de varias señales hasta que todo encajó.

  • Una persona con maestría en control y procesamiento de señales pensaba que había estado cambiando el signo de las señales por falta de experiencia, pero se dio cuenta de que eso también les pasa con frecuencia a ingenieros experimentados.

• Ver ese video es realmente asombroso.

  • Al ver el video, la forma en que responde cuando empujan el objeto parece casi magia, como si uno estuviera viendo una fuerza nueva. Impresiona cómo mantiene el equilibrio como si estuviera vivo y resiste los cambios del entorno.

• Disfruto mi carrera como ingeniero de software, pero me da un poco de pesar no haber estudiado un campo en el que pudiera crear algo así.

  • Aunque está satisfecho con su trabajo como ingeniero de software, expresa interés y deseo por un campo que permita crear obras sorprendentes como esta.

• Planeo agregar un freno mecánico a la rueda de reacción... eso permitirá que el cubo se coloque por sí solo en posición de equilibrio.

  • Expresa entusiasmo por la posibilidad de que el cubo pueda ponerse de pie y equilibrarse por sí mismo, y comparte un enlace a un video relacionado.

• Me recuerda al tren monorriel de Brennan.

  • Señala que la tecnología mostrada en el video le hizo pensar en el tren monorriel de Brennan y le parece fascinante.

• Una obra de arte magnífica. Otras piezas creadas por este ingeniero también son muy interesantes y agradables de ver.

  • Expresa admiración y aprecio por las obras de arte creadas por el ingeniero, y comparte enlaces de video sobre otros trabajos.

• Se puede tener éxito con la estrategia y la configuración correctas. De eso se trata la inversión.

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• Me atrae más su apariencia increíble que el hecho de que el objeto mantenga el equilibrio.

  • Le resulta más atractivo el diseño y la apariencia del objeto que su función.

• Los domingos me emociono alcanzando nuevas alturas con código. Me satisface empujar mis límites de paciencia y creatividad. Pero cuando veo publicaciones como esta, me siento completamente impotente y, como tengo poca paciencia, me da miedo intentar algo así.

  • Aunque siente logro al programar, también percibe estos proyectos como un reto intimidante y siente que le falta paciencia para algo así.

• Esto se ve genial. ¿Alguien podría hacer que fuera más silencioso?

  • Dice que el producto se ve excelente, pero se pregunta cómo podría reducirse el ruido del ventilador.