Construye un Tanque RC Impreso en 3D de Alto Rendimiento con Caja de Cambios de Doble Velocidad

En este tutorial te mostraré cómo construí un auténtico tanque RC impreso en 3D —un vehículo de orugas radiocontrolado— con diseño totalmente negro, iluminación LED espectacular y una caja de cambios de doble velocidad. Sí, diseñé específicamente una caja de cambios para este tanque que permite elegir marcha corta o larga según el terreno o la aplicación, obteniendo así mayor par o mayor velocidad.

Puedes ver el siguiente vídeo o leer el tutorial escrito a continuación.

Resumen

Si me sigues, sabrás que hace tiempo construí otro tanque RC impreso en 3D, que estaba bien pero le faltaba potencia. Por eso ahora uso motores DC de 200 W por oruga y, combinados con esta caja de cambios, el tanque tiene fuerza de sobra para conquistar cualquier terreno o hacer derrapes y donuts.

Hablando de diversión, instalé una tira LED direccionable para las luces, lo que abre infinitas posibilidades para efectos visuales. En este vídeo hice un efecto estroboscópico de luces de policía, que queda genial conduciendo de noche.

En cuanto a suspensión, a cada lado el tanque apoya sobre tres muelles helicoidales y amortiguadores, con dos ruedas de rodadura por cada uno. Eso permite circular suave por terreno irregular y superar obstáculos manteniendo buen contacto entre orugas y suelo.

Todo está impreso en 3D y los archivos 3D están disponibles para descargar, así que tú también puedes construir uno.

Para el control uso un transmisor RC comercial barato que envía órdenes al tanque.

En el tanque hay un receptor RC adecuado que recibe los comandos y los pasa a un microcontrolador. El cerebro es una placa basada en Atmega2560 y, para conectar todo fácilmente, diseñé un PCB personalizado que se acopla directamente sobre la placa.

Ahora sí, abróchate el cinturón: te guiaré por todo el proceso de construcción de este tanque RC, desde el diseño, impresión 3D, montaje, electrónica, hasta la programación del microcontrolador.

Diseño del Tanque RC

Diseñé este tanque usando Onshape.

Onshape es un sistema CAD y PDM profesional nativo en la nube que uso en mis proyectos.

Recomiendo a ingenieros mecánicos y diseñadores de producto que echen un vistazo a Onshape; tú y tu empresa podéis usar Onshape Professional gratis hasta 6 meses en https://Onshape.pro/HowtoMechatronics.

Los parámetros iniciales del diseño fueron los motores DC, sus dimensiones y RPM. Son motores voluminosos de 3000 RPM, demasiado altos para este tanque, así que diseñé esta caja de cambios que reduce la velocidad a dos valores distintos.

Esta caja funciona como una transmisión manual de coche. Hay un selector de marcha que, en vez de moverse a mano, se acciona con un servomotor, y elige cuál de los dos juegos de engranajes de salida se acopla como salida final.

La reducción inicial de la caja es 1,88:1 (fija), y luego podemos elegir marcha corta con reducción adicional de 2,76:1, o marcha larga con relación 1:1. En marcha corta la reducción total es 5,2 (~570 RPM), y en marcha larga solo 1,88 (~1600 RPM).

Veremos más detalles de la caja al montarla.

El siguiente parámetro fueron los amortiguadores RC que compré. Tienen 70 mm extendidos con 15 mm de recorrido. Quería mayor recorrido vertical para las ruedas de rodadura, así que los coloqué en esta configuración y conseguí 22 mm de recorrido vertical.

Además, al ser un sistema bogie donde un par de ruedas va en ese eje móvil, las ruedas pueden girar alrededor de ese eje y ganar recorrido vertical extra. Evidentemente, eso da marcha más suave y mejor contacto oruga-suelo.

Si miramos de cerca las ruedas delanteras, vienen conectadas con la rueda tensora frontal para dar tensión dinámica a la oruga. Cuando la rueda delantera sube, la circunferencia de la oruga se reduce y la tensión afloja.

Con esta unión, al ocurrir eso, la rueda tensora es empujada hacia adelante para tensar la oruga. Con este mismo sistema también podemos tensar estáticamente ajustando este tornillo y contratuerca.

En la parte trasera está el piñón motriz, compuesto de tres piezas: acoplador de eje y secciones izquierda y derecha del piñón, unidas con tres tornillos M3.

La dimensión clave del piñón es el paso, que debe coincidir con el de la oruga. El paso es 11 mm y elegí 20 dientes, dando un diámetro de paso de ~69 mm. La idea era que el piñón fuera lo bastante grande para que la oruga quedara fuera del cuerpo del tanque.

El paso de 11 mm vino definido por el diseño del eslabón de oruga. Mi objetivo: eslabón lo más compacto posible, que se conecte al siguiente con una sola pieza extra (pasador), y sea lo bastante fuerte para imprimir en 3D.

Además, al imprimir quería evitar soportes, lo que conseguí con este diseño.

Para unir eslabones usé pasadores de 2 mm de diámetro: un lado lo dimensioné a 2,1 mm (ajuste forzado) y el otro a 2,4 mm (ajuste holgado) para que giren libremente.

Los dientes del piñón engranan con los eslabones en su forma cilíndrica exterior. El cilindro del eslabón tiene 4,4 mm de radio, el piñón 4,9 mm para tener holgura y funcionar bien.

El cuerpo principal, donde todo se une, debía ser lo bastante grande para alojar las dos cajas de cambios, electrónica y batería. Todo esto dio unas dimensiones totales de 547 × 397 mm. Bastante grande, más que la cama de la impresora 3D típica, así que dividí las piezas grandes en dos secciones para imprimir en cama de 300 mm. Si tu impresora es de 220 mm, el modelo hay que dividirlo en 4 secciones; también proporcionaré esa versión en los archivos 3D.

Para montar el tanque hacen falta varios tornillos y tuercas M3 y M4, insertos roscados y rodamientos. Abajo tienes la lista completa. Por supuesto, también están el modelo 3D y los STL para imprimir.

Modelo 3D y Archivos STL para Descargar

Puedes ver el modelo 3D de este tanque RC directamente en tu navegador con Onshape.

Puedes obtener el modelo 3D de este tanque RC / plataforma robot, así como los archivos STL para impresión 3D, en Cults3D.

Impresión 3D

Usé mi Creality Ender-3 V3 Plus para imprimir la mayoría de piezas.

Al imprimir en 3D es importante usar la Expansión Horizontal, o en el nuevo laminador Creality Print se llama Compensación de contorno X-Y. Si dejamos los ajustes por defecto, las dimensiones exteriores y los agujeros suelen salir más pequeños que el modelo original y tendremos problemas al montar.

En Creality Print usé –0,07 para compensación de contorno X-Y y +0,07 para compensación de agujeros X-Y. Por supuesto, haz pruebas de impresión para ver qué valores dan mejores resultados en tu impresora.

Para los eslabones de oruga usé balsa (raft) como adherencia a la base, porque su superficie de contacto es pequeña y puede no pegar bien si la adherencia de tu impresora no es buena.

La Ender-3 V3 Plus tiene cama de 300 × 300 mm, así que pude imprimir el cuerpo principal en dos partes. Incluso en dos secciones, las piezas son grandes y llevan la impresora al límite. Pero la Ender-3 V3 Plus lo manejó genial e hizo un gran trabajo con estas piezas grandes.

Recomiendo esta impresora a quien busque gran volumen y velocidad. Es una CoreXZ que alcanza 600 mm/s y, con su estructura rígida, da gran calidad. Agradecimiento a Creality por cedérmela.

Consulta la Creality Ender-3 V3 Plus – USA store; EU store; Amazon.

Montaje del Tanque RC

Aquí están todas las piezas impresas para empezar a montar. Honestamente, hay muchísima impresión 3D. Lleva varios días imprimir todo, y no solo tiempo, sino varias bobinas de filamento.

Solo para los eslabones de oruga (214 en total) se necesitan ~500 g y 30 horas. El cuerpo principal necesita ~1 kg de filamento (en dos secciones, ~500 g y 12–18 h cada una). Muchas piezas requieren soportes, así que hay que dedicar tiempo a limpiarlas.

Lista de Materiales (BOM)

Aquí tienes la lista de componentes para montar este tanque RC. La lista de electrónica está abajo en la sección de diagrama de circuitos.

Componente	Cantidad	Enlaces de Compra
Amortiguadores RC	8	Amazon | AliExpress
Rodamiento 686 – 6×13×5 mm	18	Amazon | AliExpress
Rodamientos 624 – 4×13×5 mm	44	Amazon | AliExpress
Rodamiento 684 – 4×9×4 mm	6	Amazon | AliExpress
Varilla roscada M6	300 mm	Amazon | AliExpress
Tuerca autoblocante M6	4	Amazon | AliExpress
Insertos roscados M3	~20	Amazon | AliExpress
Tornillo sin cabeza M3	~30	Amazon | AliExpress
Tornillos y tuercas M3 y M4	Ver lista	Amazon | AliExpress
Varilla de soldar 2 mm	~12 m	Amazon | AliExpress

Tornillos	Tuercas
M3×8 mm – 10 M3×10 mm – 10 M3×16 mm – 20 M3×20 mm – 10 M3×25 mm – 10 M3×30 mm – 10 M3×16 mm avellanado – 20 M4×16 mm – 10 M4×35 mm – 20 M4×40 mm – 20 M5×40 mm – 2	Tuerca autoblocante M3 – 50 Tuerca autoblocante M4 – 40 Tuerca M5 – 6

Nota: Son enlaces de afiliado. Como asociado de Amazon gano por compras que califiquen.

Electrónica – Diagrama de Circuitos del Tanque RC

Veamos la electrónica del tanque RC y cómo funciona. El cerebro es una placa basada en ATmega2560.

Puedes conseguir los componentes en los enlaces:

Componente	Cantidad	Enlaces de Compra
Motor DC 895 – 12 V 200 W 3000 RPM	2	Amazon | AliExpress
Driver DC BTS7960	2	Amazon | AliExpress
Servomotor	1	Amazon | AliExpress
ATmega2560 – Placa Arduino MEGA	1	Amazon | AliExpress
Batería LiPo 3S – mín. 3000 mAh	1	Amazon | AliExpress
Conectores batería LiPo	1	Amazon | AliExpress
Flysky FS-i6X – Transmisor y receptor FS-iA6B	1	Amazon | AliExpress
Tira LED direccionable WS2812b	1 m	Amazon | AliExpress
Regulador LM350	1	Amazon | AliExpress
Potenciómetro multivuelta 5k	1	Amazon | AliExpress
Conector terminal	4	Amazon | AliExpress
Cable ~20 AWG	~3 m	Amazon | AliExpress
Interruptor basculante	1	Amazon | AliExpress
Resistencias 1k, 2k, 240 Ω	1 c/u	Amazon | AliExpress
Condensadores 0,1 µF, 1 µF, 400 µF	1 c/u	Amazon | AliExpress

Nota: Son enlaces de afiliado. Como asociado de Amazon gano por compras que califiquen.

Diseño de PCB Personalizado

Para mantener organizados los componentes electrónicos, diseñé un PCB personalizado para el tanque RC. El PCB será compatible con la placa basada en ATmega2560 para montarse directamente encima.

Pedí el PCB a PCBWay. Subes el archivo Gerber, eliges propiedades y lo pides a precio razonable.

No cambié propiedades por defecto salvo el color del PCB, que elegí azul. Puedes encontrar y descargar el Gerber en la comunidad de proyectos compartidos de PCBWay, desde donde también puedes pedirlo directamente.

Finalizando el Montaje del Tanque RC

En esta sección explico cómo conectar todo y completar el tanque RC.

Esta sección está aún en construcción.

Programación del Tanque RC – Código Arduino

En esta sección explico cómo funciona el código Arduino detrás del tanque RC. Aquí puedes descargar el código:

Resumen del Código

Usando la librería IBusBM leemos datos entrantes del transmisor RC.

// Lectura de datos del transmisor RC
IBus.loop();
ch0 = IBus.readChannel(0); // ch0 - izquierda/derecha
ch1 = IBus.readChannel(1); // ch1 - adelante/atrás
ch6 = IBus.readChannel(6); // ch6 - selector de marcha
ch7 = IBus.readChannel(7); // ch7 - efecto estroboscópico luces policía
ch8 = IBus.readChannel(8); // ch8 - todos los LEDs blancos
ch9 = IBus.readChannel(9); // ch9 - LEDs blancos izquierda/derecha

El joystick derecho (canales 0 y 1) controla el movimiento del tanque, el interruptor basculante izquierdo (canal 6) controla el servo para cambiar marchas, y los otros tres interruptores controlan los LEDs.

Convertimos los datos entrantes en valores adecuados para control PWM de los motores DC (0–255).

// Convertir datos entrantes a valor PWM adecuado
steeringValue = map(ch0, 1000, 2000, -205, 205); // rango 0-205 porque luego sumo +50 para evitar PWM bajos que no arrancan motores
motorSpeed = map(ch1, 1000, 2000, -205, 205);
motorSpeed = abs(motorSpeed);
leftMotorSpeed = 50 + motorSpeed + steeringValue; // 50 + (0-205) + (0-205) = 50-255
rightMotorSpeed = 50 + motorSpeed - steeringValue;
leftMotorSpeed = constrain(leftMotorSpeed, 0, 255);
rightMotorSpeed = constrain(rightMotorSpeed, 0, 255);
// si PWM < 52, poner a 0
if (leftMotorSpeed < 52) { leftMotorSpeed = 0; }
if (rightMotorSpeed < 52) { rightMotorSpeed = 0; }

Enviamos los valores PWM a los drivers y motores con analogWrite().

// Si joystick derecho arriba > avanzar
if (ch1 > 1510 && ch1 < 2000) {
  digitalWrite(M1_RPWM, 0);
  analogWrite(M1_LPWM, leftMotorSpeed);
  digitalWrite(M2_RPWM, 0);
  analogWrite(M2_LPWM, rightMotorSpeed);
}
// Si joystick derecho abajo > retroceder
if (ch1 > 1000 && ch1 < 1490) {
  analogWrite(M1_RPWM, leftMotorSpeed);
  digitalWrite(M1_LPWM, 0);
  analogWrite(M2_RPWM, rightMotorSpeed);
  digitalWrite(M2_LPWM, 0);
}
// Si joystick derecho en medio, no mover
if (ch1 > 1490 && ch1 < 1510) {
  if (leftMotorSpeed < 50 && rightMotorSpeed < 50) {
    digitalWrite(M1_LPWM, 0);
    digitalWrite(M1_RPWM, 0);
    digitalWrite(M2_LPWM, 0);
    digitalWrite(M2_RPWM, 0);
  }
  // Si joystick solo izquierda/derecha sin arriba/abajo, girar en sitio
  else if (ch0 < 1490 || ch0 > 1510) {
    analogWrite(M1_RPWM, rightMotorSpeed);
    analogWrite(M1_LPWM, leftMotorSpeed);
    analogWrite(M2_RPWM, leftMotorSpeed);
    analogWrite(M2_LPWM, rightMotorSpeed);
  }
}

Para el servomotor y cambio de marchas, ajusta los valores según tu servo.

//======= Cambio de marcha ====
if (ch6 == 2000) { myservo.write(140); }
if (ch6 == 1000) { myservo.write(40); }

Para el control de luces, comprobamos qué interruptor está activado y encendemos cada LED individualmente según corresponda.

//===== CONTROL LUCES ===
// Luces delanteras y traseras
if (ch9 == 2000) {
  frontLeds[0] = CRGB(255,255,255); // ... (repetición para 16 LEDs frontales)
  backLeftLeds[0] = CRGB(255,0,0); // ... (3 LEDs traseros izquierdos rojos)
  backRightLeds[0] = CRGB(255,0,0); // ... (3 LEDs traseros derechos rojos)
}
if (ch9 != ch9State) {
  if (ch9 == 1000) { FastLED.clear(); }
  ch9State = ch9;
  FastLED.show();
}
// Modo todos blancos
if (ch8 == 1500) {
  // ... todos los frontLeds a blanco, traseros a rojo ...
}
// ... y así sucesivamente ...

El efecto estroboscópico de luces de policía me llevó un tiempo programarlo, pero quedó muy chulo.

Pruebas del Tanque Impreso en 3D

Subido el código, encendemos la plataforma y el transmisor para probar. En la pantalla del transmisor vemos la tensión de la LiPo, y la del receptor y transmisor.

Aquí vemos cómo funciona el cambio de marcha en movimiento. Con el interruptor basculante izquierdo cambiamos marchas mientras los motores giran. ¡Es genial!

Con los otros 3 interruptores controlamos las luces del tanque. Hay 4 modos: cinco LEDs blancos a cada lado, segundo modo todos los LEDs blancos, tercero todos parpadeando, y el más chulo: efecto estroboscópico policía. El tanque puede moverse con cualquiera de estos modos.

Nota rápida: como los LEDs se alimentan del 5 V del regulador LM350, este se calienta bastante, especialmente en modo todos blancos. Cada LED consume ~50–60 mA en blanco, casi 1 A total.

El LM350 aguanta hasta 3 A pero necesita buen disipador. Lo coloqué mal en el PCB y no pude poner disipador adecuado. Probé con disipadores pequeños de drivers de paso a paso; ayudan un poco pero en modo todos blancos prolongado se sobrecalienta. En los otros modos va bien, así que lo dejé así. Para solucionarlo, podríamos añadir un convertidor buck separado de 8 A, alimentado desde la salida 12 V, y su salida de 5–6 V (ajustada) iría al terminal 6 V del PCB para usar ese rail para los LEDs.

En fin, espero que hayas disfrutado el vídeo y aprendido algo nuevo. ¡Diviértete construyendo y conduciendo este tanque RC! Como dije, en futuros vídeos planeo mejoras: brazo robot, quitanieves, etc. ¡Suscríbete!