La estructura central del AUV no es solo el soporte mecánico del vehículo: es la decisión de diseño que determina cuánto tiempo tardas en cambiar un módulo en campo, si los cilindros estancos vibran contra el perfil de aluminio y si el propulsor de profundidad queda alineado con el centro de masa. Aquí documento el ensamblaje completo de la estructura central del AUV Ai Apaec, incluyendo las decisiones de diseño que la respaldan.
En un artículo previo trabajamos la estructura interna del AUV: definimos criterios, revisamos clasificaciones y justificamos la elección de una estructura independiente. Esta arquitectura nos da flexibilidad para reposicionar módulos, simplifica el mantenimiento y permite reemplazar componentes sin desmontar el vehículo completo.
Este artículo forma parte del proyecto AUV Ai Apaec — [ver el proyecto completo].
Diseño de la estructura central del AUV
El esqueleto del Ai Apaec es un marco de aluminio formado por dos perfiles de extrusión 2040 de 888 mm de longitud. La elección del perfil 2040 no es arbitraria: su doble ranura en la cara de 40 mm distribuye mejor las cargas laterales que un 2020 estándar, y su peso sigue siendo aceptable frente a un perfil 4040. Los 888 mm de longitud los impone la distancia entre los cilindros estancos más los márgenes de los conos frontal y posterior.
En cada extremo del marco hay una pieza circular impresa —Back Plate y Front Plate— que cierra el rectángulo y actúa como nodo de conexión con los conos del AUV. En el centro, a 332 mm del Back Plate, el Thruster Support sostiene el propulsor vertical: esa posición lo ubica cerca del centro geométrico del vehículo, minimizando el momento de cabeceo que generaría el empuje de profundidad.
Los cilindros estancos quedan sujetos por cuatro clamps dobles. Cada clamp tiene dos partes rígidas (impresas en ASA o Nylon CF) y una pieza intermedia en TPU que actúa como amortiguador vibratorio. Esta interfaz TPU es importante: sin ella, las vibraciones de los propulsores se transmiten directamente a los cilindros y pueden comprometer las juntas de sellado con el tiempo.
Para las piezas impresas recomiendo Nylon reforzado con fibra de carbono como material definitivo: las piezas tienen rigidez alta, buena resistencia a la humedad y aguantan bien los ciclos de apriete repetido en tornillería M5. Para validación inicial, el PLA es suficiente. El ASA es una buena opción intermedia si no tienes acceso a Nylon CF todavía.
Descarga las piezas impresas
STL para la estructura central del AUV
Descarga estos STL para ensamblar la estructura central del AUV
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Ensamblaje de la estructura central del AUV
El ensamblaje es directo y sin ambigüedades, siempre que tengas los materiales preparados de antemano. Lista completa:
- (2x) Perfiles 2040 de 888 mm de longitud.
- (1x) Propulsor submarino con dos superficies de apoyo.
- (1x) Set de piezas impresas (4 clamps completos, Back Plate, Front Plate, Thruster Support).
- (48x) Perno M5×12 de cabeza plana INOX.
- (40x) Tuerca martillo M5.
- (6x) Perno M4×35 de cabeza cilíndrica INOX.
- (2x) Perno M4×30 de cabeza cilíndrica INOX.
Paso 1: preparar el soporte del propulsor central (Thruster Support)
Usaremos la pieza impresa Thruster Support, 4 pernos M5×12 de cabeza plana y 4 tuercas martillo M5. Este paso se hace fuera de la estructura para tener acceso cómodo a ambas caras de la pieza.
Inserta los 4 pernos M5×12 de cabeza plana por la cara frontal del Thruster Support y enrosca las tuercas martillo por el lado contrario sin apretarlas todavía — quedarán alojadas en la ranura del perfil 2040 en el paso 3, y allí es donde harás el apriete definitivo.
Paso 2: fijar el Back Plate a los perfiles 2040
Para este paso necesitas el Back Plate, los dos perfiles 2040 de 888 mm y 4 pernos M5×12 de cabeza plana. El Back Plate es el cierre trasero del marco y el punto de anclaje del cono posterior, por lo que la escuadra que formes aquí condiciona el alineamiento de todo el ensamblaje.
Posiciona el Back Plate sobre los extremos de ambos perfiles 2040 verificando que los perfiles queden paralelos entre sí antes de apretar. Usa una superficie plana como referencia si la tienes disponible. Fija la pieza con 4 pernos M5×12 de cabeza plana.
Paso 3: posicionar el Thruster Support en los perfiles
Desliza el Thruster Support —ya con los pernos y tuercas del paso 1— por la ranura de los perfiles 2040. Posiciónalo a 332 mm del Back Plate, medidos desde la cara interior de la placa hasta la cara del soporte. Esta distancia centra el propulsor respecto al centro de flotabilidad del vehículo.
Paso 4: instalar el Front Plate
El Front Plate cierra el extremo frontal del marco. Su función es idéntica al Back Plate: rigidizar el paralelismo de los perfiles y servir de anclaje para el cono frontal del AUV. Antes de apretarlo definitivamente, verifica que los perfiles no hayan rotado sobre su eje longitudinal —una pequeña torsión aquí se amplifica en los conos.
Paso 5: colocar los clamps de sujeción de cilindros
Los clamps son la interfaz entre la estructura rígida de aluminio y los cilindros estancos. Cada clamp es un conjunto de tres piezas: dos mitades rígidas que abrazan el cilindro y una pieza flexible de TPU intercalada que absorbe las vibraciones estructurales. Sin esta capa TPU, las vibraciones de los propulsores llegarían directamente a las juntas tóricas de los cilindros, degradándolas prematuramente.
Distribuye los 4 clamps sobre los perfiles según la posición indicada en la imagen. No los aprietes todavía al máximo: primero coloca los cilindros estancos para verificar alineamiento y luego haz el apriete definitivo.
Paso 6: instalar el propulsor vertical de profundidad
El propulsor submarino de profundidad es el único actuador de eje Z del Ai Apaec. Trabaja en modo push-pull para generar fuerza de empuje hacia arriba o hacia abajo, bajo las órdenes del controlador de profundidad. El modelo usado tiene dos bases de apoyo, lo que permite fijarlo al Thruster Support desde dos puntos y elimina el momento de vuelco que tendría un anclaje simple.
Verificación antes de integrar los módulos
Antes de pasar a la integración con los conos y los cilindros estancos, conviene revisar cuatro puntos:
- Paralelismo de perfiles: mide la separación entre los dos perfiles 2040 en tres puntos a lo largo del eje longitudinal. Debe ser constante. Una variación indica que alguna placa no está bien escuadrada.
- Perpendicularidad de las placas: comprueba con una escuadra que el Back Plate y el Front Plate son perpendiculares al eje de los perfiles. Cualquier ángulo se traduce en un cono desalineado.
- Verticalidad del propulsor: el propulsor debe quedar perfectamente vertical respecto al plano horizontal del AUV. Un ángulo genera un componente de empuje horizontal no deseado que el controlador de actitud tendrá que compensar.
- Torque de los pernos: los pernos M5 en las tuercas martillo deben estar apretados firmemente pero sin cruzar el límite de deformación de la pieza impresa. Si usas Nylon CF, el material aguanta bien; con PLA, no sobreaprietes.
Bonus: unir el cono posterior a la estructura central
Para completar la imagen del ensamblaje, muestro también el montaje del cono posterior del AUV sobre la estructura central. La unión se hace mediante 6 pernos M5×12 de cabeza plana que atraviesan el cono y se anclan a las 6 tuercas M5 con bloqueo de nylon que deben estar insertadas previamente en el Back Plate.
Conclusiones y siguientes pasos
Con la estructura central ensamblada, el Ai Apaec tiene su esqueleto completo: marco rígido, soporte de profundidad calibrado y puntos de anclaje para los cuatro cilindros estancos. La elección de perfiles 2040 con clamps de TPU no es la solución más ligera del mercado, pero ofrece algo que en un proyecto DIY vale más: la posibilidad de reposicionar, reemplazar y ajustar sin destruir nada.
El siguiente gran bloque de trabajo es la integración de los cilindros estancos. Empezamos por la energía: si necesitas contexto sobre las celdas 18650, puedes leer primero el artículo sobre cómo seleccionarlas, revisarlas y armarlas en paquetes. El módulo de baterías completo está documentado en el artículo de cómo armar una batería con celdas 18650.
