memoria-tfg-agv-v3-compressed

Vista previa del material en texto

Trabajo de Fin de Grado
Grado en Ingenieria en Tecnologias Industriales (GETI)
Diseño de un teclado mecánico
MEMORIA
9 de febrero de 2023
Autor: Álvaro García Valle
Director: Dr. Emilio Angulo Navarro
Convocatoria: 01/2023
Escola Tècnica Superior
d’Enginyeria Industrial de Barcelona
Diseño de un teclado mecánico pág. 1
Resumen
El aumento del uso de los ordenadores, tanto en ámbito laboral como en el ocio durante la
última década, ha generado en muchos usuarios la búsqueda de unos periféricos acordes a sus
necesidades y que en el mercado no existían o eran difíciles de encontrar. De ahí nacen los
teclados artesanales o custom, donde el usuario puede realizar una personalización al detalle
del producto.
En este proyecto se presenta un diseño de teclado con unas características muy específicas, co-
mo son un teclado de formato compacto, distribución española, inclusión de USB-C extraíble y
estilo de montaje en junta. Para llevar a cabo el diseño desde cero se ha hecho un amplio estudio
previo, y junto con las herramientas KiCAD, SolidWorks y QMK, se han diseñado respectiva-
mente el hardware, partes no electrónicas y archivos de configuración del teclado.
Seguidamente, se ha llevado a cabo la fabricación de la PCB mediante la empresa JLCPCB y
mediante impresión 3D las piezas no electrónicas para la composición del teclado a su completo.
Un proceso de configuración y tiempode pruebas de la placa base para detectar posibles errores,
e intentar asegurar el correcto funcionamiento del prototipo.
pág. 2 Memoria
Índice
1 Prefacio 7
1.1 Origen del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Requerimientos previos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Introducción 9
2.1 Objetivos del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Alcance del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Justificación del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.1 Justificación personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.2 Justificación industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3 Estado del arte 11
3.1 Evolución histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Estudio de mercado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3 Segmentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4 Estudio tecnológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4 Especificaciones 41
4.1 Especificaciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 Especificaciones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3 Normativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5 Diseño Conceptual 43
5.1 Diseño mecánico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1.1 Carcasas del teclado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1.2 Placa de sujeción (Plate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2 Diseño electrónico - Placa de circuito impreso (PCB) . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2.1 Planteamiento y selección de alternativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6 Diseño detallado 49
6.1 Diseño mecánico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.1.1 Carcasas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.1.2 Placa de sujeción (Plate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.2 PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.2.1 Creación del esquemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.2.2 Creación de la PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.2.3 Diseño del software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
7 Fabricación - Impresión 3D 67
7.1 Carcasas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7.2 Placa de sujeción (Plate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8 Fabricación, montaje y puesta en marcha del prototipo 71
9 Planificación 77
9.1 Diagrama de Gantt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
10 Presupuesto 79
3
10.1 Coste de ingeniería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
10.2 Coste de licencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.3 Coste de material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.4 Coste energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.5 Coste fungibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
10.6 Coste total asociado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
11 Impacto ambiental 83
Conclusiones 85
Agradecimientos 87
Bibliografía 89
Índice de figuras
1 Máquina de escribir de 1872 por Scholes, Glidden y Soulé. Fuente: [26] . . . . . . 11
2 Teclado ordenador personal Commodore64. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Teclado ordenador personal IBM XT. Fuente:[9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 Teclado IBMModel M. Fuente:[9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5 Diagrama de funcionamiento de los Buckling Spring Switches de IBM. Fuente:[2] . 13
6 Diagrama de funcionamiento de los teclados de membrana. Fuente:[27] . . . . . 14
7 Teclado K120 de Logitech. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
8 Teclado Blackwidow v3 Pro de Razer. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
9 Teclado Glacier80. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
10 Teclado HHKB (Happy Hacking Keyboard). Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . 15
11 Distribución de teclas ANSI. Fuente:[4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
12 Distribución de teclas ISO. Fuente:[4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
13 Distribución de teclas QWERTY. Fuente:[6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
14 Distribución de teclas DVORAK. Fuente:[6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
15 Distribución de teclas COLEMAK. Fuente:[6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
16 Mapas de calor de la frecuencia de pulsación de cada tecla. Fuente:[6] . . . . . . 19
17 Teclado Blackwidow v3 TKL de Razer. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
18 Teclado G Pro de Logitech. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
19 Teclado K95 de Corsair. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
20 Teclado ROG Strix Scope de ASUS. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
21 Teclado Alloy Elite 2 de HyperX. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
22 Esquema segmentación subjetiva junto con rango de precios. . . . . . . . . . . . . 23
23 Teclado K120 de Logitech. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
24 Teclado MX Keys de Logitech. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
25 Teclado Craft de Logitech. Fuente:[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
26 Teclado Blackwidow v3 Pro de Razer. Fuente[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
27 Teclado K95 de Corsair. Fuente[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
28 Teclado G Pro de Logitech. Fuente[11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
29 Teclado KBD8X Mini II. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
30 Teclado Tofu60. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
31Teclado Alice. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
32 Vista de los mecanismos de los diferentes switches. Fuente:[7] . . . . . . . . . . . 29
4
Diseño de un teclado mecánico pág. 5
33 Gráficas comparativas de la Fuerza (cN) respecto al desplazamiento (mm), para
cada switch. Fuente:[7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
34 Vista explosionada de un switch CherryMX. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . 30
35 Diagrama de la denominación de las zonas de un teclado. Fuente:[8] . . . . . . . 31
36 Disposición teclas en un teclado de formato completo o 100%. Fuente:[8] . . . . 32
37 Disposición teclas en un teclado TKL (Tenkeyless). Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . 32
38 Disposición teclas en un teclado de formato compacto o 60%. Fuente:[8] . . . . . 32
39 Disposición teclas en un teclado 75%. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
40 Disposición teclas en un teclado 65%. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
41 Disposición teclas en un teclado 40%. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
42 Comparación perfiles teclas por filas. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
43 Partes de un estabilizador atornillado por separado. Fuente:[8] . . . . . . . . . . 36
44 Plate de latón de un teclado de formato compacto. Fuente:[10] . . . . . . . . . . . 37
45 Esquematización del Tray Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
46 Esquematización del Top Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
47 Esquematización del Bottom Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
48 Esquematización del Sandwich Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . 38
49 Esquematización del Integrated Plate Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . 39
50 Esquematización del Gasket Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
51 Esquematización del Gasket Mount Style. Fuente:[8] . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
52 Esquema conceptual primera solución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
53 Esquema de bloques de la placa base. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
54 Microprocesador ATMega32U4. Fuente:[14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
55 Esquema de los interruptores mediante una matriz simple. Fuente:[13] . . . . . . 46
56 Esquema de los interruptores mediante una matriz doble. Fuente:[13] . . . . . . 46
57 Vista en perspectiva del ensamblaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
58 Vista superior del ensamblaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
59 Vista inferior del ensamblaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
60 Vista explosionada en perspectiva del ensamblaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
61 Vista explosionada frontal del ensamblaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
62 Vista en perspectiva de la carcasa superior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
63 Vista lateral de la carcasa superior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
64 Vista de perfil de la carcasa superior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
65 Vista en planta de la carcasa superior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
66 Vista inferior de la carcasa superior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
67 Vista en perspectiva de la carcasa inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
68 Vista en planta de la carcasa inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
69 Vista lateral de la carcasa inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
70 Vista de perfil de la carcasa inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
71 Vista inferior de la carcasa inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
72 Vista en detalle del corte para la entrada del USB-C de la carcasa inferior. . . . . . 54
73 Vista en detalle del corte para el apoyo de las espumasGasket y PCB de la carcasa
inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
74 Vista en perspectiva del plate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
75 Vista en planta del plate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
76 Esquematización de los requisitos para el MCU ATMega32U4. Fuente:[13,14] . . 56
77 Parte del esquemático de mi diseño de PCB del MCU ATMega32U4. . . . . . . . 57
78 Esquematización de los requisitos de funcionamiento para el módulo USB-C.
Fuente:[13,16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
79 Parte del esquemático del diseño propio de PCB correspondiente al móduloUSB-C. 58
80 Muestra de 4 switches organizados mediante una matriz simple. . . . . . . . . . . 59
81 Parte del esquemático del diseño propio de PCB de la matriz simple de switches. 59
82 Posicionamiento de la matriz simple de switches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
83 Enrutado global de toda la PCB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
84 Vista en detalle del enrutado del MCU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
85 Vista en detalle del enrutado del USB-C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
86 Zona con la implementación del GND fill de la parte inferior de la PCB. . . . . . . 63
87 Zona con la implementación del GND fill de la parte superior de la PCB. . . . . . 63
88 Vista 3D modelo definitivo PCB lado superior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
89 Vista 3D modelo definitivo PCB lado inferior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
90 Vista superior de la PCB fabricada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
91 Vista inferior de la PCB fabricada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
92 Detalles de impresión de la carcasa superior y vista previa. . . . . . . . . . . . . . 67
93 Detalles de impresión de la carcasa inferior izquierda y vista previa. . . . . . . . . 68
94 Detalles de impresión de la carcasa inferior derecha y vista previa. . . . . . . . . . 68
95 Detalles de impresión Plate y vista previa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
96 Comprobación funcionamiento placa base con pinzas. . . . . . . . . . . . . . . . . 71
97 Resultado primera comprobación interruptores placa base. . . . . . . . . . . . . . 72
98 Placa base corregida soldada a mano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
99 Comprobación interruptores post soldadura placa base. . . . . . . . . . . . . . . . 73
100 Comprobación interruptores post soldadura placa base. . . . . . . . . . . . . . . . 73
101 Vista en planta del prototipo del teclado final. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
102 Vista de perfil del prototipo del teclado final. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
103 Vista en perspectiva del prototipo del teclado final. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
104 Planificación del proyecto mediante Diagrama de Gantt. . . . . . . . . . . . . . . 77
Índice de cuadros
1 Distribución de pulsaciones por filas en DVORAK español. Fuente:[6] . . . . . . 18
2 Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca Razer. 20
3 Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca Logi-
tech. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4 Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca Corsair. 21
5 Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca ASUS. 22
6 Tabla comparativa características principalesmodelos teclados de lamarcaHyperX. 22
7 Especificaciones finales del proyecto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
8 Tabla asignación footprints a cada componente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6
Diseño de un teclado mecánico pág. 7
1. Prefacio
1.1. Origendel proyecto
El origen de este proyecto se encuentra en la fascinación que el autor siempre ha tenido por todo
lo relacionado con las nuevas tecnologías y el mundo tecnológico que le rodea.
A partir de un vídeo sobre un teclado artesanal que el autor vio, empezó a interesarse en el
tema, y descubrió el amplio mundo de los teclados. Dispositivos estos, aparentemente simples,
a los que a menudo no damos la importancia que merecen.
Decidió entonces, como futuro ingeniero industrial, en base a la asignatura sobre Gestión de
Proyectos, que le gustaría desarrollarse profesionalmente en el ámbito de I+D. Y se propuso el
reto de diseñar, desde cero, un teclado que cumpliera las siguientes características:
- Distribución española (ISO-ES). - Formato compacto - Entrada USB-C extraíble.
Con el propósito añadido de intentar llenar el vacío existente en el mercado respecto a este
tipo de teclados y sus respectivos componentes, sobre todo en el mercado de los custom, en el
apartado 3.2 Segmentación se explican detenidamente las características, donde predominan
mayoritariamente las distribuciones americanas ANSI.
1.2. Requerimientos previos
Antes de acometer el diseño propiamente dicho (TFG), ha sido necesario realizar un inten-
so trabajo de búsqueda y recopilación de información y documentación, fundamentalmente a
través de internet (YouTube, plataformas, webs/blogs especializados, marcas, vendedores, pre-
cios, etc.) con el fin de adquirir el bagaje necesario para tener una idea de situación del mercado
existente y encontrar el nicho adecuado para concretar con mayor precisión las características
del teclado a desarrollar.
Diseño de un teclado mecánico pág. 9
2. Introducción
2.1. Objetivos del proyecto
El objetivo del presente proyecto consiste en el diseño y realización de un primer prototipo,
un teclado de formato reducido, tipo mecánico, de gama alta (prestaciones y estética atractiva)
y que pueda llegar a ser competitivo en una hipotética fase posterior de prototipado a nivel
comercial.
2.2. Alcance del proyecto
El alcance del proyecto comprende las siguientes fases:
1.- La realización de un amplio estado del arte en torno a los teclados, incluyendo la evolución
histórica, un estudio tecnológico y un estudio de mercado.
2.- Diseño de las partes del teclado correspondientes a carcasas exteriores y placa de sujeción
mediante SolidWorks, y la PCB mediante KiCAD y sus métodos de fabricación.
3.- Desarrollo del software necesario para programar la placa base.
4.- Fabricación mediante impresión 3D de los siguientes componentes: carcasa inferior, carcasa
superior y placa de sujeción.
5.- Montaje del conjunto formado por los componentes de fabricación propia (carcasas y placa
de sujeción) y los de proveedores externos (interruptores, estabilizadores, teclas, cable USB-C
y tornillería).
6.- Comprobación y configuración del prototipo.
2.3. Justificación del proyecto
2.3.1. Justificación personal
En el momento de decidir la temática o el ámbito de la realización del TFG, el autor no tenía
clara la dirección que quería tomar si una vertiente másmecánica o electrónica. De este modo se
decidió por la realización de un TFG híbrido en ambas modalidades, incluyendo además unas
pinceladas de programación.
2.3.2. Justificación industrial
Después de la realización durante el grado de la asignatura de Gestión de Proyectos, el autor
quedó fascinado con el proceso de desarrollo en su caso de un sistema de control de la ilumi-
nación del cielo nocturno durante el transcurso de la asignatura.
pág. 10 Memoria
El proceso de pensar todos los problemas que pueden dificultar el uso de cierto producto, in-
vestigar soluciones que puedan resolverlos pero sin solaparse entre ellas. Todo esto, teniendo
en cuenta un cúmulo de factores, el económico, el físico, las normativas asociadas y también los
objetivos finales de uso.
De este modo, el concepto principal del TFG fue este mismo, en este caso aplicado a un teclado
mecánico de formato reducido.
Donde no hay muchos modelos en el mercado, y de los que se encuentran, algunos no cuentan
con una distribución de teclas española o no son vistosos.
Diseño de un teclado mecánico pág. 11
3. Estado del arte
3.1. Evolución histórica
Para realizar un estado del arte sobre teclados de ordenador, debemos hacernos algunas pre-
guntas como:
1.- ¿Quiénes han tratado ya el mismo tema?
2.- ¿Qué avances se han hecho al respecto?
3.- ¿Cómo se ha trabajado este tema a lo largo del tiempo?
Los teclados son una herramienta que deriva de las primeras máquinas de escribir, cuya evo-
lución tiene un largo recorrido en el tiempo hasta llegar a lo que hoy en día conocemos como
“teclado”.
La primeramáquina de escribir se fabricó en el siglo XVII y fueHenryMill quien en 1714 registró
la primera patente de lo que podría parecer una máquina de escritura. En el año 1829, aparece
el tipógrafo, aparato patentado porWilliamAustin Burt, considerado como la primeramáquina
de escribir de la historia.
Con el paso de los años, los modelos avanzaban, centrando su innovación en la mejora de la
velocidad de escritura, pero ninguno conseguía llegar a un público masivo desde un punto de
vista comercial. No fue hasta 1872 cuando los inventores Christopher Sholes, Carlos Glidden
y Samuel W. Soule fabricaron la primera máquina de escribir práctica con distribución de te-
clas QWERTY, que se comenzó a fabricar a nivel industrial. Es la misma distribución de teclas
alfanuméricas que se usa actualmente. Han pasado 150 años desde entonces.
Figura 1: Máquina de escribir de 1872 por Scholes, Glidden y Soulé. Fuente: [26]
En la década de los 80, con la aparición de los primeros ordenadores personales, como el famoso
Commodore 64 (Figura 3) surge una nueva problemática, ya que un ordenador, a diferencia de
la máquina de escribir, precisa de teclas extra (Esc, Ctrl, Alt) para operar. Cada fabricante, man-
pág. 12 Memoria
teniendo la distribución de teclas QWERTY, colocaba estas nuevas teclas especiales de forma
diferente.
Figura 2: Teclado ordenador personal Commodore64. Fuente:[10]
Hasta que una marca destacó y marcó tendencia en diversos aspectos, innovando y probando
distintas colocaciones de teclas. Fue IBM (International BusinessMachines) la gran dominadora
del mundo de los ordenadores por aquellos años. En 1981 crearon un teclado de 83 teclas en
total, denominado IBM XT (Figura 2) que agrupaba las teclas de función en el lado izquierdo,
así como las teclas “Ctrl”, “Alt” y “Esc” en una posición muy poco usual comparado con los
teclados actuales. Esta distribución no acababa de funcionar entre los usuarios.
Figura 3: Teclado ordenador personal IBM XT. Fuente:[9]
IBM modificó esta colocación, moviendo las teclas de función, a la parte superior del teclado,
junto con el resto de teclas especiales, tal como las encontramos hoy en día, dando lugar así al
teclado IBM AT con 101/102 teclas. Y primera versión incluida en los IBM 3161.
El teclado IBM Model M, primero con la distribución actual, también llamado “el padre de to-
dos los teclados”. Equipaba en los interruptores un mecanismo único llamado "Muelle de pan-
deo"(Buckling spring) que, con un muelle flexionando y aun siendo un teclado de membrana,
Diseño de un teclado mecánico pág. 13
transmitía la sensación táctil de pulsación de la tecla justo cuando se cerraba el circuito con la
membrana, momento en que se implementa la orden asociada a la tecla presionada.
Aun siendo un teclado de membrana, guarda más similitudes con un teclado mecánico (mo-
derno) que con los teclados demembrana u oficina actuales. Puesto que a diferencia demuchos
teclados fabricados hoy en día, por aquel entonces, el teclado junto con el ordenador eran una
herramienta de trabajo hecha y apreciada para durar y agradable al tacto.
Figura 4: Teclado IBMModel M. Fuente:[9]
Figura 5: Diagrama de funcionamiento de los Buckling Spring Switches de IBM. Fuente:[2]
El sistema "Muelle de pandeo"(Buckling Spring) es el predecesor de los teclados mecánicos ac-
tuales,habiendo sido replicado por otras marcas con no mucho éxito."Tiene un tacto entre un
teclado “clicky” y un teclado “táctil”, es grueso y profundo pero a la vez más suave que el famoso Cherry
MX Blue."".- Nate Gentile. Describiendo el tacto tan característico de estos interruptores. Tiene
un tiempo de respuesta rápido y satisfactorio, pero no suficientemente bueno para tareas fuera
de la mecanografía.
Con la popularización de los PC durante las últimas décadas, la mayoría de fabricantes optaron
por rebajar los costes de producción al máximo en estos dispositivos de uso masivo, fabricando
teclados de tipo membrana con materiales no muy duraderos.
Un teclado de membrana cuenta con una capa de silicona que se extiende a lo largo y ancho
pág. 14 Memoria
del chasis. Esta es flexible, por lo que recupera su posición tras la pulsación. Además, en la
membrana se encuentran integrados los contactosmetálicos que se encargarán de hacer contacto
con la placa.
En el momento que una tecla es presionada, la membrana desciende hasta que la pieza metálica
hace contacto con la PCB. De este modo se activa el envío de la señal eléctrica correspondiente
que permite al ordenador reconocer el carácter a introducir.
Figura 6: Diagrama de funcionamiento de los teclados de membrana. Fuente:[27]
Por ejemplo, empleando plástico ABS que al poco tiempo de uso se desgastan, abrillantan y se
borran las letras impresas, en el apartado del 3.4. Estudio tecnológico estas características se de-
sarrollan. Otros defectos habituales son la rotura de las patas de plástico traseras, o la dificultad
de extraer fácilmente las teclas para su limpieza, que provoca la acumulación de suciedad en su
interior.
Figura 7: Teclado K120 de Logitech. Fuente:[11]
El hecho de que reemplazar el teclado entero resulte económico, puede inducir a pensar que se
trata de un accesorio sin demasiada importancia, en contraposición con el empeño de lasmarcas
de antaño por hacer énfasis en la calidad, la sensación de escritura y robustez, pensando en un
producto atractivo y duradero no solamente por años sino por décadas.
Desde un punto de vista ecológico, por muy barato que resulte de cara al comprador final, el
proceso de creación y posterior deshecho o descomposición al tratarse de plásticos es altamente
contaminante y difícilmente reutilizables.
Hoy en día es en el nicho de los teclados mecánicos, donde se está buscando volver a encontrar
esas cualidades con cierta nostalgia, pero también innovando con las nuevas tecnologías, para
dar respuesta al creciente interés en este tipo de teclados, provocado por la masiva populariza-
ción, durante la última década, del “gaming”. Actividad esta que comporta un usomuy exigente
e intensivo.
Se vuelve a ver teclados con buenas calidades y ciertos detalles con reminiscencias de los anti-
guos, con aplicación en tareas diferentes del gaming, sobre todo en personas cuya herramienta
Diseño de un teclado mecánico pág. 15
básica de trabajo es el ordenador y desean que la experiencia sea lo más cómoda posible. Por
ejemplo, los programadores.
De este modo surgen teclados con diferentes tecnologías, formatos, y estilos de montaje que
buscan ofrecer las máximas opciones de personalización y satisfacción al usuario final.
Se muestran a continuación diversos teclados recientes a modo de ejemplo.
Figura 8: Teclado Blackwidow v3 Pro de Razer. Fuente:[11]
Figura 9: Teclado Glacier80. Fuente:[10]
Figura 10: Teclado HHKB (Happy Hacking Keyboard). Fuente:[10]
Hasta aquí llega la evolución histórica destacando, los puntos que se han creído demayor interés
pág. 16 Memoria
de los teclados, ahora se procederá a explicar con más detalle, previo a la segmentación, ciertos
puntos sobre cómo se encuentra la situación actual de los teclados.
Hoy en día debido a la globalización, en función del lugar del mundo en el que uno se encuen-
tre y por ende el idioma que se hable, se tienen unas necesidades asociadas a su lengua y los
caracteres que componen su alfabeto que difieren unos de los otros. Lo que compromete la dis-
tribución de los caracteres en las teclas y la incorporación de estos en una manera unificada de
teclear.
Existen diversas distribuciones de teclado para solucionar este problema, generalmente se sub-
dividen de dos maneras distintas. Según cómo se organizan los caracteres del alfabeto y según
cómo se organizan los caracteres especiales.
La mayor distinción la encontramos en función de cómo se organizan los caracteres especiales,
sean estos las teclas “Ctrl”, “Alt” o “Esc”. Se distinguen dos grandes grupos, la distribución
ANSI e ISO.
La distribución ANSI (American National Standards Institute), a diferencia de la ISO, se puede
observar una tecla Enter o return completamente plana y la inexistencia de las teclas <,>a la
izquierda de la Z. Es la más usada en Estados Unidos, y la más extendida en todo el mundo.
Figura 11: Distribución de teclas ANSI. Fuente:[4]
La distribución ISO (International Organization for Standardization), es el predominante en
Europa en países como Alemania, Reino Unido o España, y se caracteriza principalmente por
la tecla Enter o Return en forma de L invertida, junto con un Shift izquierdo reducido por la
aparición de las teclas <, >.
Figura 12: Distribución de teclas ISO. Fuente:[4]
Diseño de un teclado mecánico pág. 17
En cuanto a la división en función de cómo se organizan las teclas correspondientes a las letras
del alfabeto, observamos diversas, principalmente en función del país donde es usado.
La distribución QWERTY, es la más usual y se denomina así por las primeras seis letras de la
fila superior. Se diseñó con el propósito de lograr una escritura más rápida distribuyendo las
letras de tal forma que se puedan usar las dos manos para escribir la mayoría de las palabras.
Otro de los objetivos principales era separar las letras más usadas de la zona central del teclado,
para evitar en su momento los atascos en las máquinas de escribir.
Esta puede presentar sutiles variaciones en función del país, por ejemplo en Alemania, cambian
la Y por la Z, resultando enQWERTZ.O en países francófonos, como Francia o Bélgica y algunos
de África, suelen usar AZERTY.
Figura 13: Distribución de teclas QWERTY. Fuente:[6]
Existen otras distribuciones de teclado muy poco usuales, raramente usadas y que yo perso-
nalmente no he visto nunca. Estas son la DVORAK y la COLEMAK, ambas creadas con unos
propósitos específicos.
La distribución DVORAK es una disposición de teclado patentada en 1936, nombrada así debi-
do a su creador August Dvorak. Los usuarios del teclado DVORAK afirman que hay un menor
movimientos de dedos, se incrementa la velocidad de tecleo y se reducen los errores en compa-
ración con el teclado QWERTY. Esta reducción en la distancia recorrida por los dedos, implica
unas mayores velocidades de tecleo, y como curiosidad, en los últimos años se cree que reduce
las lesiones por movimientos repetitivos, incluyendo el síndrome del túnel carpiano.
Figura 14: Distribución de teclas DVORAK. Fuente:[6]
pág. 18 Memoria
La mecanografía a ciegas demanda que los dedos descansen en la fila media. De ahí las dos
típicas protuberancias que nos encontramos en las teclas F i J, en la distribución QWERTY, que
sirven de guía para colocar las manos en una posición correcta frente al teclado.
A mayor número de pulsaciones se realizan en la fila media, menos movimientos deben hacer
los dedos, así pues, se puede teclear más rápido, más preciso, con menos esfuerzo y fatiga para
los dedos y manos. Estudios realizados con cámaras de alta velocidad prueban que las pulsa-
ciones son más rápidas en la fila media y que las más lentas son las de la fila inferior. En caso de
ser necesario un movimiento de los dedos, es mejor que los dedos se muevan a la fila de arriba.
Distribución de pulsaciones por filas en DVORAK español
Fila QWERTY DVORAK
Superior 52% 17%
Media 32% 77%
Inferior 16% 6%
Cuadro 1: Distribución de pulsaciones por filas en DVORAK español. Fuente:[6]
En último lugar, vemosla distribución más reciente, la distribución COLEMAK es una distri-
bución de teclado alternativa a las distribuciones QWERTY y DVORAK, que fue desarrollada
por Shai Coleman también principalmente para el idioma inglés en enero de 2006. El nombre
proviene de la unión del apellido de Shai Coleman junto con la distribución DVORAK.
Figura 15: Distribución de teclas COLEMAK. Fuente:[6]
Se desarrolló con un objetivo, facilitar la escritura mediante la colocación de las letras de mayor
frecuencia bajo los dedos más fuertes, siendo estos el índice y el corazón, de tal manera que se
logra una escritura aún más rápida.
Abajo se muestra de manera gráfica en forma de mapa de calor la diferencia de frecuencias que
se pulsa una tecla en cada distribución, siendo la tecla E la más repetida con una clara diferencia
en todas las distribuciones.
Diseño de un teclado mecánico pág. 19
Figura 16: Mapas de calor de la frecuencia de pulsación de cada tecla. Fuente:[6]
3.2. Estudio de mercado
Un estudio de mercado es un esfuerzo de investigación para analizar a los clientes potenciales,
competidores y condiciones del mercado de un producto o servicio. Ayuda a entender el ta-
maño, el potencial de crecimiento y las tendencias del mercado, así como las características de
los segmentos de clientes objetivos y el panorama competitivo. Esta información se utiliza para
informar la estrategia de negocios, el desarrollo de productos y los esfuerzos de marketing.
Para cuantificar el alcance del público que abarcan los teclados custom o artesanales, se ha elegi-
do comométrica el número de seguidores de la comunidad de Reddit r/MechanicalKeyboards,
esta cuenta con 1.2 millones de seguidores desde que fuera fundada en 2012.
Esto se debe a que es una fuente de información pública y fácil de medir los seguidores e in-
teracciones. En esta sirve de punto de inicio para usuarios que se inician en el mundo de los
teclados, punto de información de nuevos lanzamientos o sitio de compra-venta entre usuarios.
Para respaldar lo citado en la introducción del trabajo, la falta de teclados dentro de este seg-
mento de los teclados comerciales que cumplan con los requerimientos citados, se ha realizado
el siguiente estudio de mercado.
pág. 20 Memoria
Se ha realizado un estudio comparativo de los principales modelos comerciales de las princi-
pales marcas del segmento, esto se debe a que son las que son más accesibles para el mayor
número de público posible y que no encuentro razonable incluir los teclados de oficina en esta
comparativa.
En las tablas comparativas se muestran los modelos principales de teclados disponibles en el
mercado actualmente por las mayores empresas tecnológicas del sector.
Estos se encuentran separados por marca, los factores que se han tenido en cuenta son el idioma
de la distribución, el formato del teclado y el precio.
Destacar con anterioridad la gran volatilidad de los precios en los puntos de venta online de este
tipo de productos, y estos datos han sido elegidos con el P.V.P. recomendado sin tener en cuenta
las ofertas activas en ese momento.
Las webs consultadas han sido Amazon y PcComponentes.
MARCA MODELO FORMATO IDIOMA PRECIO (€)
RAZER Huntsman Completo EN/ES 270
Blackwidow Completo EN/ES 220
Huntsman mini 60% EN/ES 130
Blackwidow MINI 65% EN/ES 165
Blackwidow TKL TKL EN/ES 120
Cuadro 2: Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca Razer.
Figura 17: Teclado Blackwidow v3 TKL de Razer. Fuente:[11]
En el caso de lamarcaRazer podemosdestacar que sí tiene unmodelo de formato compacto 60%
y con distribución española. El modeloHuntsman tiene un precio tan elevado porque cuenta con
interruptores analógicos, muy novedosos en el mercado y de los cuales haymuy pocosmodelos
que cuenten con ellos.
MARCA MODELO FORMATO IDIOMA PRECIO (€)
LOGITECH G213 Prodigy Completo EN/ES 88
G513 Completo EN/ES 189
G815 Completo EN/ES 200
G915 TKL EN/ES 269
G613 Completo EN/ES 155
Cuadro 3: Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca Logitech.
Diseño de un teclado mecánico pág. 21
Figura 18: Teclado G Pro de Logitech. Fuente:[11]
En el caso de Logitech podemos destacar que no tiene ningún modelo de formato compacto
ni 60% ni 65%. Los modelos que tienen distribución española, solo pueden ser elegidos con
un único tipo de interruptor, limitando así al consumidor. Datos sacados de la web oficial de
Logitech G y la propia tienda en Amazon.es.
MARCA MODELO FORMATO IDIOMA PRECIO (€)
CORSAIR K70 PRO Completo EN/ES 220
k70 PRO mini 60 EN/ES 189,99
K63 TKL EN/ES 80
k60 TKL EN/ES 150
k95 TKL EN/ES 174
k65 TKL EN/ES 117,25
k65 mini 60 EN/ES 134
Cuadro 4: Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca Corsair.
Figura 19: Teclado K95 de Corsair. Fuente:[11]
En el caso de Corsair vemos que tiene dos modelos de formato compacto 60% y ambos tienen
disponible una distribución española.
Figura 20: Teclado ROG Strix Scope de ASUS. Fuente:[11]
pág. 22 Memoria
MARCA MODELO FORMATO IDIOMA PRECIO (€)
ASUS ROG STRIX TKL TKL EN 184
ROG Falchion 65 EN/ES 170
ROG STRIX scope Completo EN 184
ROG STRIX Tactic Pro Completo EN 140
ROG Claymore 2 Completo EN/ES 285
Cuadro 5: Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca ASUS.
Lamarca ASUS, en su división de productos gaming, solo tiene unmodelo de formato compacto
y es 65%, destacar además que algunos de sus teclados no tienen distribución española.
MARCA MODELO FORMATO IDIOMA PRECIO(€)
HYPERX Alloy Origins Core TKL EN/ES 100
Alloy Origins 60 60 EN 150
Alloy Elite 2 Completo EN 175
Cuadro 6: Tabla comparativa características principales modelos teclados de la marca HyperX.
Figura 21: Teclado Alloy Elite 2 de HyperX. Fuente:[11]
De la marca HyperX destacar que sus productos no tienen distribución española, tiene un mo-
delo de formato compacto.
Los teclados más caros se caracterizan usualmente por tener un mayor tamaño, cuerpos de me-
tal, tener una mayor personalización de la iluminación RGB por software del propio fabricante.
Comentar el hecho, que resulta cuando menos curioso, de que ciertas marcas no guardan una
proporción lineal en la relación precio/tamaño del teclado, es decir, a mayor número de teclas
y material, mayor precio.
3.3. Segmentación
La segmentación del mundo de los teclados, desde mi punto de vista, se podría realizar por
una división en dos grandes bloques. En primer lugar, los de oficina vs. los dedicados a jugar
o "gaming", a partir de este punto se referirá a estos como gaming. Aunque esto no acaba de ser
del todo çierto". Y a su vez, dentro de los de “gaming”, otra subdivisión entre comerciales y
“artesanales”.
Diseño de un teclado mecánico pág. 23
Donde la principal diferencia es la calidad de los componentes, la amplísima personalización y
en consecuencia también el precio.
Para ejemplificar estas divisiones de manera más visual, he realizado un simple diagrama de
flechas, junto con los rangos de precios de cada ámbito. Puesto que muchas veces es el factor
más determinante en la decisión de compra de un producto. Inmediatamente, debajo de este
diagrama se procederá a explicar las mayores diferencias entre estos.
Figura 22: Esquema segmentación subjetiva junto con rango de precios.
Se procederá a resaltar lo citado anteriormente sobre la veracidad o no de la primera división
entre “oficina” vs. “gaming”. El hecho es que mayormente los “artesanales” o “custom” pueden
ser utilizados por un público más propenso a jugar. Por otro lado, hay otros ámbitos totalmente
distintos donde también son muy utilizados. El autor se refiere a usuarios tales como progra-
madores o personas que trabajan muchas horas al día con el ordenador, y desean que su herra-
mienta de trabajo sea agradable y de buena calidad, así como lo sería el mismo ordenador o su
teléfono personal.
También para aquellos que desean para su herramienta una especificación muy concreta, como
por ejemplo: que esta sea silenciosa para no molestar, o que esta ofrezcaun “tacto” o sensación
táctil muy específica, a pesar de no jugar.
Por eso, el autor discrepa en la primera división realizada, pero cree que es significativo, por otra
parte, hacerla de esa manera. Puesto que se puede dividir en grupo de usuarios generalista que
no le da valor a una herramienta de trabajo sin más, y, por otro lado, usuarios que sí aprecian
una buena herramienta de trabajo o desea unas características específicas, como puede ser gente
del entorno del “gaming” que busca unos periféricos dedicados.
Empezando por los teclados de oficina, como principales características podemos destacar en su
inmensa mayoría que se trata de teclados de membrana, usualmente con el cuerpo de plástico,
un conector USB-A no extraíble, teclado de formato completo, teclas de ABS que sea abrillantan
con el uso, una no fácil limpieza del interior del teclado y patas de plástico como reguladoras
de la altura que suelen tender a una rotura prematura en comparación con el resto del teclado.
Un ejemplo de esta categoría, podría ser el Logitech K120, con un PVP de 19,99€.
pág. 24 Memoria
Figura 23: Teclado K120 de Logitech. Fuente:[11]
De otro modo, hay otra categoría dentro de los teclados orientados a la ofimática, como podría
ser aquellos que ya buscan un diseñomás cuidado, un cuerpo enmetal o imitación con acabado
metalizado, alguna especificación extra como ser inalámbrico, tener retro-iluminación, quizás
teclas de perfil bajo, un “knob” o ruedita multifunción útil para controlar la música del sistema o
parámetros dentro de software de edición, y layout compatible con diversos sistemas operativos.
Ahí es cuando el precio se dispara en comparación a los anteriormente citados, dos ejemplos de
esta categoría podrían ser el Logitech MX Keys, con un PVP de 139,99€ o el Logitech Craft, con
un PVP de 229€.
Figura 24: Teclado MX Keys de Logitech. Fuente:[11]
Figura 25: Teclado Craft de Logitech. Fuente:[11]
Recalcar que para estos ejemplos se ha usado la marca Logitech, puesto que es de las marcas
que más teclados vende en el mundo. Y para ejemplificar las diversas categorías entre sí, he
considerado razonable escoger modelos acordes de una misma marca. Los precios han sido
cogidos de la web oficial de la propia marca Logitech, para obviar posibles valores erróneos
correspondientes a descuentos por fechas navideñas, Black Friday o propios de alguna tienda
externa.
Las compañías que ofrecen teclados, al comprar una torre en conjunto con teclado y ratón, suelen
incluir teclados similares al Logitech K120.
Diseño de un teclado mecánico pág. 25
En el diagrama se ha obviado el precio del Logitech Craft, puesto que es altamente desorbitado
y tiene un nicho de mercadomuy pequeño, alejado de los teclados de ofimática. Se podría decir
que dentro de los precios de los teclados de ofimática la moda, valor más repetido, sería uno en
torno a los 15-30€.
Por otro lado, abordando el otro bloque, la división que he autodenominado “gaming”, englo-
bando los comerciales y los artesanales, podemos encontrar algunas diferencias.
La subdivisión de comerciales, se puede entender como todos aquellos teclados producidos en
masa generalmente por empresas grandes tecnológicas como Razer, Logitech, HyperX, Corsair
o ASUS, entre otras. Fácilmente localizables en las tiendas distribuidoras, ya sea de tecnología
o más generalistas, tanto físicamente como mediante vías de distribución online.
En cambio, la subdivisión de artesanales, se puede interpretar como aquellos que se pueden
conseguir formando parte de nichos muy especializados en el ámbito de la tecnología o de los
teclados, ya que se necesita cierto conocimiento para hacerse con uno. Puesto que no se suelen
encontrar en tiendas especializadas o generalistas, se suelen vender por vías de distribución
online y a veces por fechas limitadas debido a su corta producción en tiradas.
Para facilitar la comprensión de la subdivisión anterior, el autor va a ejemplificar con PCs pre-
montados en contraposición de los PCs por piezas. Se permite una mayor personalización de
cara al usuario, pero se necesita un mayor conocimiento. Y para la mayoría del público no es la
vía de acceso más sencilla.
Análogamente, las características diferenciales entre ambos grupos son muy amplias. Los te-
clados comerciales suelen (o solían)* ser de formato completo, o raramente TKL (tenkeyless).
Son los denominados “Mecánicos”, es decir, los que no usan una membrana, sino que hay una
placa base, con cada tecla incorporando un switch/interruptor independiente, el más famoso es
el “clicky” aunque puede ser lineal o táctil también. Usualmente, suelen incorporar luces RGB
para retroiluminar el teclado o como adorno en el exterior del teclado. Suelen incorporar teclas
de plásticoABS, que también abrillantan con el tiempo.Normalmente, incorporan herramientas
para la extracción de las teclas y facilitar así la limpieza. Pueden o no tener un cable de conexión
al ordenador extraíble. Pueden o no ser inalámbricos. Algunos modelos es difícil encontrarlos
en la distribución española-ISO.
A continuación, se muestran algunos ejemplos de algunos teclados mecánicos de los que he ca-
tegorizado como comerciales. En orden semuestran el Razer BlackwidowChroma v3, el Corsair
K95 y el Logitech G Pro. Con unos precios respectivamente de 249,99€, 196€ y 145€.
Figura 26: Teclado Blackwidow v3 Pro de Razer. Fuente[11]
pág. 26 Memoria
Figura 27: Teclado K95 de Corsair. Fuente[11]
Figura 28: Teclado G Pro de Logitech. Fuente[11]
Desde la popularización del gaming en ordenadores, ha crecido exponencialmente el número
de opciones a la hora de elegir periféricos respecto a hace 10 años. Con esta gran variabilidad de
especificaciones, hay también un amplio rango de precios. Siendo estos normalmente mayores
en las marcas grandes anteriormente citadas, también ofreciendo productos de mayor calidad.
*Antes de proceder a la explicación de la otra subdivisión, el autor va a proceder a matizar
él (o solían). No es hasta hace dos-tres años, aproximadamente, que después del inicio de la
popularización de los teclados artesanales, las marcas comerciales empezaron a sacar algún
modelo de formato compacto (60-65%). Lo cual simbolizó un cambio bastante grande en la
tendencia, puesto que anteriormente no existían en tal subdivisión y expuso la irrupción de los
artesanales y su influencia.
Los teclados custom o artesanales, a diferencia de los comerciales, son un “árbol” ilimitado de
posibilidades. Son usualmente mecánicos, aunque pueden ser también de manera poco común
interruptores electromecánicos u optomecánicos. El cuerpo de los teclados puede ser de plástico
ometal, con hasta acabados muy llamativos como tratamientos cerámicos para el acabado. Pue-
de incorporar o no luces RGB. Usualmente, suelen tener el cable USB de conexión al ordenador
de manera extraíble.
Pueden estar diseñados con distintos estilos demontaje que repercute en diferentes sensaciones
táctiles y acústicas en elmomento de la escritura. Pueden ser vendidos comokit demontaje, para
seleccionar cada uno los interruptores a su gusto. Pueden ser lo denominado hot-swap (para co-
nectar los switches no hace falta soldadura) omediante soldadura. Pueden incorporar diferentes
tipos de interruptores como lineales o táctiles, raramente se incorporan los clicky. La variedad
para la elección del interruptor o switch es increíblemente amplia, variando los propios mate-
riales, muelles o tipología, incorporando también elementos externos como lubricante o films se
Diseño de un teclado mecánico pág. 27
puede llegar a conseguir una diferencia muy considerable.
Las teclas se pueden encontrar con diseños muy distintos y variados comparado con el resto
de los teclados. El material de las teclas se puede elegir desde distintos plásticos, ya sea ABS o
PBT. El perfil de las teclas, usualmente, es Cherry, aunque existen infinidad de distintos como
XDA, OEM, SA, DSA sobre los que elegir. Estas suelen ser fácilmente extraíbles para realizar
una limpieza del teclado. El elementoplate puede ser seleccionado de distintos materiales, ya
sea aluminio, cobre, plásticos, fibra de carbono, resultando en flexiones o sonidos distintos. In-
corporar pesos de latón o cobre en la parte posterior para dar mayor sensación de robustez y
calidad.
Como se puede observar, el nivel de elección es prácticamente infinito. Los aspectos más rele-
vantes se explicarán en el apartado del estudio tecnológico.
A continuación, se muestran algunos ejemplos de algunos teclados mecánicos de los que he
categorizado como custom o artesanales. En orden se muestran el KBD8X, uno basado en una
Tofu60 y un Alice.
Figura 29: Teclado KBD8X Mini II. Fuente:[10]
Figura 30: Teclado Tofu60. Fuente:[10]
Figura 31: Teclado Alice. Fuente:[10]
pág. 28 Memoria
3.4. Estudio tecnológico
Durante el estudio tecnológico de los teclados mecánicos, se procederá al análisis en profundi-
dad todos los componentes que los componen.
Se empezará intentando responder la pregunta más típica y comúnmente realizada por alguien
que acaba de oír hablar de los teclados mecánicos, y es la siguiente: ¿Qué es un teclado mecá-
nico?
Un teclado mecánico es un dispositivo de escritura que utiliza interruptores mecánicos para
registrar las pulsaciones de las teclas.
Las partes que componen un tecladomecánico son, a grandes rasgos, el denominado cuerpo del
teclado compuesto por las carcasas, la PCB y la placa de sujeción (plate). Aparte encontramos
los interruptores (switches) y los estabilizadores. Por último las teclas (keycaps).
Cada una de estas partes se puede personalizar, elegir e intercambiar para personalizar un dis-
positivo de escritura único. Este nivel de personalización puede afectar a tres diversos aspectos:
En primer lugar, el perfil de sonido, los teclados tienen la reputación de ser ruidosos, pero más
allá de eso, hay una amplia gama de sonidos: desde silenciosos hasta fuertes, desde ruidos hue-
cos más agudos hasta “golpes” profundos, etc.
El tacto del teclado o “cómo se siente”, los teclados son algo con lo que el usuario toca e inter-
actúa. Una agradable experiencia táctil hace que tu teclado sea un placer para escribir todo el
día.
En último lugar, pero a veces el más relevante, la estética, los teclados vienen en todo tipo de
factores de forma, colores y materiales, y se complementan con aún más opciones en las com-
binaciones de colores del teclado.
Por otro lado, estos también aportan ciertos beneficios técnicos como pueden ser una escritura
más precisa, puesto que cada tecla se registra por separado, hay una menor posibilidad de que
una tecla se presione por error sobre otra.
Las teclas son programables, dado que cada tecla se registra por separado en la PCB, puede
asignar cualquier tecla según sea necesario. Incluso puede crear capas adicionales con diferentes
asignaciones a las que puede cambiar sobre la marcha.
Se usan materiales de alta calidad implicando que estos teclados están hechos para durar. Cajas
de metal, teclas PBT y muchas más opciones que van más allá de lo que normalmente puede
obtener con una placa de membrana OEM.
En último lugar, pero no por ello menos importante, relativo a cuestiones de ergonomía, ofre-
ciendo así más opciones en formatos de teclado e incluso teclados divididos en 2 partes, se
suman a una experiencia más sólida y consciente de la salud.
Después de esta breve introducción, empiezo el análisis tecnológico de cada uno de los compo-
nentes, variando el orden especificado en el listado previamente hecho.
Diseño de un teclado mecánico pág. 29
1.-Los Interruptores (Switches)
Los interruptores ponen el ’mecánico’ en ’teclados mecánicos’ y constituyen la columna verte-
bral de toda esta pasión. Estos pequeños mecanismos tienen tanto carácter como las teclas y/o
las cajas, a pesar de que en granmedida no se ven, y comprender lo que contienen es importante
para comprender cómo funcionan los teclados.
Un interruptor de teclado es el pequeño componente que se encuentra debajo de la tapa de
la tecla y se conecta a la PCB del teclado. En un teclado mecánico, cada tecla tiene su propio
interruptor.
Estos pueden variar en su aspecto, sonido y tacto. La mayoría de las veces, no estarán visibles,
pero juegan un papel muy importante en cómo suena y se siente el teclado cuando se usa.
Los interruptores generalmente se clasifican en 3 tipos que indican su diseño: Táctil, Lineal y
Clicky.
Táctil: tiene una un pico de fuerza durante la pulsación de tecla antes de tocar fondo.
Lineal: tiene una pulsación de tecla suave sin golpes táctiles.
Clicky: tiene un pico de fuerza durante su pulsación y emite un sonido de clic audible.
Figura 32: Vista de los mecanismos de los diferentes switches. Fuente:[7]
A continuación vemos las gráficas quemuestran la fuerza(cN) respecto al desplazamiento (mm)
de los tres distintos tipos de switches. Estas gráficas corresponden a los interruptores Rojo (Li-
neal), Marrón (Táctil) y Azul (Clicky) del fabricante CherryMX, puesto que son los más popu-
lares del mundo.
Figura 33: Gráficas comparativas de la Fuerza (cN) respecto al desplazamiento (mm), para cada
switch. Fuente:[7]
pág. 30 Memoria
Se puede observar que todos estos interruptores poseen la misma distancia de recorrido total,
siendo esta de 4 mm. Tanto el Brown como el Blue poseen un punto donde se experimenta el
pico de fuerza, debida al saliente que se puede observar en la figura inmediatamente anterior
en su stem. Tanto el Red como el Brown comparten el punto de operación en los 2 mm, mientras
que el Blue lo tiene en 2,2 mm.
La fuerza de actuación, tanto en el Red como en el Brown es de 0,45 Nmientras que en el Blue es
de 0,50 N. La fuerza que ejercen los interruptores con el pico de fuerza, es de 0,55 N en el caso
del Brown y de 0,6 N en el caso del Blue.
Aclarar que cada interruptor de cada fabricante posee una gráfica única, pero estos modelizan
claramente las diferencias entre los distintos tipos de interruptores.
La “anatomía” del interruptor (switch) es lo que le confiere sus características únicas, esta se
compone de cuatro partes: la carcasa, el vástago o (stem), el muelle y la hoja de metal.
La carcasa incluye la carcasa base y la carcasa superior. La carcasa base o inferior tiene dos pi-
nes que se insertan en la placa de circuito impreso. Deben soldarse en la mayoría de los casos,
excepto si se trata de un teclado intercambiable en caliente (hotswap), eso significa que no es ne-
cesario soldar. Ciertos interruptores pueden tener dos patas de plástico adicionales en la carcasa
inferior que lo aseguran en la PCB.
El vástago se encuentra dentro de la carcasa del interruptor y en el muelle, mientras que la
extrusión ’+’ se bloquea en la parte inferior de la tapa de una tecla. Las dos patas ayudan a
determinar el nivel de tacto del interruptor cuando entra en contacto con la hoja de metal.
El muelle se asienta en el poste de la carcasa de la base y apoya el movimiento vertical del
vástago. Los resortes vienen en una amplia gama de pesos, y los muelles más pesados requieren
más fuerza para presionar una tecla.
Cuando se presiona un interruptor, el vástago presiona la hoja de metal que se encuentra en
la carcasa inferior. La conexión registra la pulsación de tecla en la PCB, lo que permite que los
símbolos correspondientes aparezcan en el ordenador.
Figura 34: Vista explosionada de un switch CherryMX. Fuente:[8]
Diseño de un teclado mecánico pág. 31
Una vez finalizada la explicación de los conceptos básicos sobre las diferencias principales y
las partes que componen un interruptor en particular, comentar brevemente diversas formas en
que se modifican los interruptores para personalizarlos aún más.
La primera modificación que suelen hacer los entusiastas, es aplicar un lubricante para cambiar
el comportamiento de los componentes. Dependiendo del tipo de lubricante que se utilice, la
sensación del interruptor y el sonido pueden transformarse drásticamente.
En segundo lugar, la aplicación de películas para interruptores, siendo estas son una película
delgadaque se aplica en la base del interruptor y se intercala entre la base y la carcasa superior.
Esto aprieta el ajuste entre las dos partes para reducir la oscilación, lo que afecta la sensación y
el sonido.
En último lugar, cambiar el muelle original en un interruptor es una forma fácil de cambiar la
sensación del mismo. Los muelles alternativos vienen en diferentes materiales, pesos e incluso
algunas opciones progresivas.
2.-Las teclas (Keycaps)
Las teclas son la carta de presentación de cualquier teclado y son uno de los factores más impor-
tantes en el sonido, la sensación, el aspecto y la experiencia general del teclado. Estos pequeños
rectángulos contienen una gran cantidad de opciones y consideraciones, por lo que es impor-
tante comprender los diversos factores antes de elegir cómo equipar cualquier construcción.
Las teclas son las tapas de plástico que cubren cada tecla individual y constituyen gran parte de
la estética de un teclado. Estas pueden variar en tamaño, forma, color y plástico, además de los
caracteres y las palabras impresas en ellas.
Analizando la anatomía de un teclado únicamente desde el punto de vista de las teclas, se pue-
den subdividir en cinco categorías distintas. En el diagrama siguiente se puede observar la dis-
tinción entre ellas.
Figura 35: Diagrama de la denominación de las zonas de un teclado. Fuente:[8]
De este modo podemos encontrar teclados de distintos tamaños en proporción al número de
teclas que tengan. Normalmente, estos tamaños son nombrados según el porcentaje de teclas
pág. 32 Memoria
que tenga respecto al full-size o 100%.
Los más comunes son los siguientes: Full-size/100%, TKL(Tenkeyless) o Compacto/60%.
Figura 36: Disposición teclas en un teclado de formato completo o 100%. Fuente:[8]
Figura 37: Disposición teclas en un teclado TKL (Tenkeyless). Fuente:[8]
Se denomina Tenkeyless o TKL a aquel formato que omite las teclas correspondientes al pad
numérico.
Figura 38: Disposición teclas en un teclado de formato compacto o 60%. Fuente:[8]
Se denomina 60% a aquel formato que omite el pad numérico, la fila de funciones, las teclas de
navegación y las flechas.
Sin embargo, los teclados son mucho más variados que solo esos tres tamaños comunes. La co-
munidadde teclados ha producido otros varios formatos que satisfacen aúnmás las necesidades
específicas de los mecanógrafos, cada uno con su propio carácter y diseño.
Diseño de un teclado mecánico pág. 33
Figura 39: Disposición teclas en un teclado 75%. Fuente:[10]
Se denomina teclado de formato 75%, aquel que tiene la misma cantidad de teclas que el TKL
pero sin separación entre los diferentes grupos.
Figura 40: Disposición teclas en un teclado 65%. Fuente:[10]
Un teclado de formato 65%, se puede ver cómo un 75% sin fila de teclas de función o cómo un
60% con teclas de navegación y flechas sin separación entre grupos.
Figura 41: Disposición teclas en un teclado 40%. Fuente:[10]
Un teclado de formato 40% incluye solamente las teclas alfa, sin las numéricas. Depende del
uso de múltiples capas mediante la tecla de Función (Fn) u otras para su usabilidad.
Los teclados compactos usan una función llamada capas de función para acceder a las teclas que
de otromodo faltarían. Es posible entenderlo mejor con el siguiente ejemplo, en el teclado de un
ordenador portátil, mantener presionada la tecla de función (Fn) para acceder a los controles de
volumen o para ajustar el brillo de la pantalla, teclas que normalmente no tienen exclusivamente
esa función.
Retomando, las teclas en sí mismas, es importante comprender qué tamaños se necesitan en qué
diseños de teclado, especialmente si tiene un teclado con un diseño poco común.
pág. 34 Memoria
Las medidas de las teclas se denominan u. 1u se refiere a la unidad 1x1 más pequeña utilizada
para letras, números, la fila de funciones, teclas de flecha, etc. Las teclas más grandes se refieren
en proporción a esas teclas 1 u. Por ejemplo, una tecla de tabulación estándar tiene 1,5u, es 1,5
veces el tamaño de una tecla 1u, como las letras o los números.
El perfil de una tecla se refiere a su forma. Muchas teclas se pueden ver iguales en su vista de
arriba hacia abajo, aunque su altura puede variar y sus dedos pueden sentir la diferencia en la
forma.
Algunos de los perfiles pueden ser uniformes, donde cada tecla tiene la misma altura y forma,
mientras que otros están esculpidos, con distintos ángulos en cada fila del teclado.
Un set de teclas con un perfil esculpido significa que cada fila de teclas tiene una forma y altura
diferente. Esto es importante cuando se colocan teclas: las teclas no se pueden usar en las filas
para las que no están diseñadas.
Por otro lado, un juego de teclas con un perfil uniforme significa que cada fila de teclas tiene la
misma forma y altura. Las teclas se pueden colocar en cualquier fila según sea necesario.
Esto significa que puede reorganizar juegos de teclas uniformes para usar distribuciones de
teclas no convencionales como DVORAK o COLEMAK, pero no se pueden reorganizar sets de
teclas esculpidos.
Algunos de los perfiles de teclas más usuales son los siguientes: Cherry, DSA, KAM, KAT, MT3,
OEM, SA.
A continuación se muestra una imagen comparativa de los perfiles mencionados.
Figura 42: Comparación perfiles teclas por filas. Fuente:[8]
Diseño de un teclado mecánico pág. 35
Los materiales de fabricación de las teclas son mayoritariamente dos tipos de plásticos: ABS
(acrilonitrilo butadieno estireno) o PBT (tereftalato de polibutileno).
El ABS es más común, ya que lo usa GMK, el principal fabricante de teclas, pero el PBT está
ganando popularidad como el material de elección con perfiles más nuevos como KAT y MT3.
Ambos materiales presentan ciertos pros y contras:
Los plásticos ABS tienen una impresión más “precisa”, son las preferidas para la impresión de
"doble disparo"(doubleshot printing), ofrecen una mayor variedad de color y unas teclas más
rectas y consistentes.
Por otro lado, los plásticos PBT, nomuestran brillo con el uso, tiene una texturamás rugosa, ofre-
cen un perfil de sonido más profundo y permite una mayor flexibilidad creativa en el momento
de imprimir imágenes en las teclas.
Además de los diferentes materiales y perfiles de las teclas, tenemos una variedad de métodos
de producción que afectan las opciones de color, la calidadde las teclas, la textura, la durabilidad
y las posibilidades de leyendas personalizadas.
Los métodos más comunes son:
Doble disparo (Doubleshot): fabricado combinando dos plásticos, inyectando un plástico de co-
lor para las leyendas en el molde de la tapa de la tecla. Esto requiere un molde para cada tecla
única.
“Sublimación de tinte” (dye-sub): las leyendas grabadas con láser se rellenan con un tinte o
material de arcilla, llenando el vacío recortado.
Sublimación de tinta inversa (sublimación de tinta inversa): similar a la sublimación de tinta,
pero el plástico de la tapa base se tiñe alrededor de la leyenda o la imagen.
Tampografía: la tinta se transfiere a la tapa de la tecla con una almohadilla de goma.
Grabado con láser: las leyendas se graban en una tecla completamente sumergida en tinte para
permitir que la luz brille, se usa principalmente para teclas retroiluminadas.
Impresión UV: se aplica una laca a la tapa de una tecla y se cura mediante un tratamiento UV.
Los métodos más utilizados para las teclas personalizadas son el doble disparo para las tapas
de ABS y una versión de sublimación de tinta para las tapas de PBT.
3.- Estabilizadores (Stabs)
Los estabilizadores o abreviadamente stabs son las partes del teclado que evitan que las teclas
más grandes se tambaleen cuando se presionan y ayudan a unir la tapa de la tecla al interrup-
tor. Se posicionan a lado y lado del interruptor del teclado para estabilizar la tecla cuando la
presionas.
La mayoría de los teclados necesitan varios estabilizadores, ya que la mayoría tiene varias teclas
pág. 36 Memoria
grandes. Las teclas de 2u o más grandes necesitan un estabilizador. Por lo general, incluyenteclas como las teclas Mayús, Retroceso, Intro/Retorno y la barra espaciadora.
Los estabilizadores están compuestos de tres partes principales: el alojamiento (housing), los
vástagos (stems) y el çable"(wire), no siendo este último un cable sino una fina barra de metal.
Figura 43: Partes de un estabilizador atornillado por separado. Fuente:[8]
Los estabilizadores se pueden acoplar al teclado de dos formas diferentes.
Los estabilizadores montados directamente en la PCB, estos pueden ir directamente sujetos a la
PCB o atornillarse en ella. Los estabilizadores atornillables se sujetan de forma más segura a la
placa de circuito impreso.
Los estabilizadores montados en el plate están unidos mediante unos encajes al plate del teclado.
De la misma manera que con los interruptores, los estabilizadores pueden ser modificados. La
modificación más popular es la de lubricación, para disminuir la fricción entre el vástago y
el alojamiento y el cable. Así como también eliminar un común molesto sonido de traqueteo
(rattle).
4.-Placa de sujeción (Plate)
A modo de aclaración, se va a denominar plate a la placa de sujeción, para evitar posible confu-
sión con la placa base del teclado.
A diferencia de otros componentes principales de un teclado mecánico, los plates no se encuen-
tran en todos los teclados. Los plates juegan un papel fundamental en la sensación de un teclado,
según el material utilizado, así como su grosor y el diseño del teclado.
Su función principal es mantener los interruptores alineados, además de aliviar la tensión de la
PCB y brindar una sensación de escritura más consistente y firme.
En las construcciones donde se carece de estos, el esfuerzo de tocar fondo recae directamente
en la PCB y, sin el refuerzo de una placa, permite una experiencia de escritura más dinámica
Diseño de un teclado mecánico pág. 37
y flexible. La adición de una placa de sujeción (plate) crea una sensación más rígida y también
afecta la firma del sonido según el material de la placa.
Figura 44: Plate de latón de un teclado de formato compacto. Fuente:[10]
Las placas de sujeción plates vienen en todos los tamaños y diseños, pero lo más importante
es que se pueden fabricar con una amplia gama de materiales. Inicialmente, se fabricaban con
materiales como policarbonato, aluminio y acero, mediante experimentación se introdujeron
otros materiales como el latón, la fibra de carbono, el FR4 y el POM.
Losmateriales densos, como el acero inoxidable y el latón, crean sonidosmás agudos y sonmuy
rígidos, por lo que ofrecen poca o ninguna flexibilidad.
Los materiales menos densos, como la fibra de carbono, el FR4 (lámina formada por fibra de
vidrio, resinas epoxy y bromo), el POM (polioximetileno) y el policarbonato no resuenan, pro-
ducen un sonido de tono más bajo y ofrecen más flexibilidad, lo que permite tocar fondo con
menos dureza.
El aluminio a menudo se considera el términomedio, proporcionando un toque de flexibilidad,
mientras mantiene un tono ligeramente más alto y un sonido de fondo más prominente.
Con la excepción del acrílico y el POM (1,6 mm), casi todos los materiales de las placas se
fabrican generalmente con un grosor de 1,5mm. Para así facilitar la sujeción de los interruptores
en su alojamiento.
Además de los cortes para encajar los interruptores, algunos pueden tener cortes adicionales.
Al agregar cortes adicionales, reducimos el material en la placa, proporcionando mayor flexibi-
lidad al mismo tiempo que crea una sensación de escritura más consistente en todo el teclado.
5.-Estilo de montaje
El estilo de montaje no es una parte del teclado, sino que es la estructuración de todas ellas,
profiriendo así diferentes sensaciones y características en función del mismo.
"Montaje en bandeja": La PCB se encuentra atornillada directamente a la carcasa inferior del
teclado.
pág. 38 Memoria
Figura 45: Esquematización del Tray Mount Style. Fuente:[8]
Montaje superior (TopMount): El plate se encuentra atornillado a la carcasa superior del teclado.
Figura 46: Esquematización del Top Mount Style. Fuente:[8]
Montaje inferior (Bottommount): El plate se encuentra atornillado a la carcasa inferior del teclado.
Figura 47: Esquematización del Bottom Mount Style. Fuente:[8]
Montaje en "bocadillo"(Sandwich mount): Los tornillos atraviesan completamente la carcasa in-
ferior, la placa y la carcasa superior del teclado.
Figura 48: Esquematización del Sandwich Mount Style. Fuente:[8]
Diseño de un teclado mecánico pág. 39
Placa de sujeción integrada: El plate forma parte de la carcasa superior del teclado, proporciona
mucha rigidez.
Figura 49: Esquematización del Integrated Plate Mount Style. Fuente:[8]
Montaje en "junta"(Gasket): Utiliza material de junta, normalmente unas “esponjas” entre la
placa y la carcasa del teclado en los lados superior e inferior. Esto le da a la placa una sensación
un poco más acolchada, ya que la placa no está en contacto directo con los otros componentes
metálicos del teclado.
Figura 50: Esquematización del Gasket Mount Style. Fuente:[8]
Diseño de un teclado mecánico pág. 41
4. Especificaciones
4.1. Especificaciones previas
De cara al diseño del producto, fueron consideradas las especificaciones que el autor deseaba
que tuviera. En este caso se desea diseñar un teclado de formato compacto o también llamado
60%. Que presente un estilo de montaje en "junta"(Gasket mount), el cual caracteriza por su
flexión y sensación al teclear. Que cuente con un cable de alimentación extraíble para facilitar
su almacenaje ymovilidad. Que este cable sea de entradaUSB-C, para estar al día con los nuevos
cables.
Se ha decidido prescindir de realizar el proyecto con iluminación LED bajo las teclas, ya que a
la vez que el diseño y posterior enrutado de la PCB se ve complicado bastante. El autor cree que
es algo prescindible dado que a la hora de trabajar siempre debe hacerse con una iluminación
correcta, por lo que no debería ser difícil ver con claridad las teclas. No se descarta una inclusión
de retro-iluminación en el futuro.
El diseño tanto de las carcasas exteriores, como el plate serámediante impresión 3D, para facilitar
todo el proceso de prototipaje, coste y accesibilidad a una impresora 3D.
4.2. Especificaciones finales
A continuación se muestra el cuadro de las especificaciones técnicas finales del teclado.
ESPECIFICACIONES
DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIÓN
Formato del teclado Compacto (60%) 62 teclas
Layout ISO
Tipo de montaje Gasket Mount
Entrada/salida alimentación y datos USB-C extraíble
Dimensiones externas 321x147,3x36,59 mm
Ángulo escritura 7º
Materiales carcasas PLA
Material plate PLA
Switches (tipo, marca y modelo) Táctiles, OUTEMU mod. Red Panda
Teclas (perfil, layout, material) Cherry MX, ISO-ES, PBT
MCU (marca y modelo) Atmel mod. ATMega32U4
Cuadro 7: Especificaciones finales del proyecto.
pág. 42 Memoria
4.3. Normativa
Hay una serie de normativas que deben tenerse en cuenta a la hora de comercializar un teclado
de ordenador en todo el mundo. Estas regulaciones pueden variar según el país y pueden in-
cluir estándares relacionados con la seguridad, la compatibilidad electromagnética (EMC), el
impacto ambiental y más.
Algunos ejemplos de regulaciones que pueden aplicarse a un teclado de ordenador incluyen:
Estándares de seguridad: muchos países tienen estándares de seguridad que se aplican a los
productos eléctricos y electrónicos, como la serie de estándares IEC 60950 de la Comisión Elec-
trotécnica Internacional (IEC) para equipos de tecnología de la información, incluidos los te-
clados.
Estándares de EMC: los estándares de EMC ayudan a garantizar que los productos electrónicos
no interfieran entre sí y funcionen correctamente en el entorno previsto. Por ejemplo, la Unión
Europea (UE) tiene un conjunto de directivas EMC que se aplican a todos los productos eléctri-
cos y electrónicos vendidos dentro de la UE, siendo la más reciente la Directiva 2014/30/UE. A
nivel nacional existe Real Decreto 186-2016 de 6 de mayo, por el que se regula la compatibilidadelectromagnética de los equipos eléctricos y electrónicos (BOE 10/05/2016).
A modo de minimizar las posibles interferencias electromagnéticas, han sido aplicadas a cada
lado de la PCB una capa de relleno de GND.
Regulaciones ambientales: existen varias regulaciones ambientales que pueden aplicarse a un
teclado de computadora, como la directiva RoHS de la UE, que restringe el uso de ciertas sustan-
cias peligrosas en equipos eléctricos y electrónicos, y la directiva WEEE de la UE, que requiere
que los productores de productos eléctricos y electrónicos equipos para responsabilizarse del
impacto ambiental de sus productos a lo largo de su ciclo de vida.
Otras regulaciones: otras regulaciones que pueden aplicarse a un teclado de computadora in-
cluyen requisitos de etiquetado y marcado, como los requisitos de marcado CE de la UE, y re-
quisitos relacionados con el embalaje del producto, como la Directiva de residuos de embalaje
y embalaje de la UE.
Es importante investigar y comprender las reglamentaciones que se aplican a su producto en
cadamercadodonde planea venderlo para garantizar el cumplimiento y evitar posiblesmultas u
otras sanciones. Es posible que deba trabajar con socios locales o asesores legales para garantizar
el cumplimiento de las reglamentaciones pertinentes.
Diseño de un teclado mecánico pág. 43
5. Diseño Conceptual
En este apartado se van a exponer las primeras decisiones de diseño tomadas tanto en el apar-
tado del diseño mecánico como del diseño electrónico.
A nivel electrónico no se presenta ninguna innovación respecto a las placas bases disponibles
en el mercado.
A nivel mecánico, sin embargo, comparado con los teclados que poseen un estilo de montaje
en junta, normalmente desde el exterior se pueden diferenciar claramente las dos carcasas por
separado. En el diseño propuesto esto ha sido diferente.
5.1. Diseño mecánico
5.1.1. Carcasas del teclado
En cuanto al diseño de las carcasas, se parte del esquema de ensamblaje seleccionado, siendo
este el estilo de montaje en junta (Gasket mount).
Figura 51: Esquematización del Gasket Mount Style. Fuente:[8]
Este esquema muestra como la fijación de ambas partes de las carcasas se hace mediante un
largo tornillo desde la parte inferior. Se pretende usar tornillos más cortos, por lo que se ha de
buscar una alternativa de diseño.
Por otro lado, se ha intentado diseñar ambas carcasas de tal manera que desde el exterior se vea
como solo una única cubierta. Para intentar conseguir así un diseño limpio.
Con estos dos pretextos se ha diseñado a nivel conceptual la siguiente solución.
Figura 52: Esquema conceptual primera solución.
pág. 44 Memoria
En azul se puede ver el lugar de reposo del plate, y en rojo los tornillos de sujeción entre carcasas.
Se usarán 4 tornillos en total, uno en cada esquina del teclado.
La inclinación en la que se desea sostener el plate y por ende la PCB, junto con las teclas, se ha
determinado en 7º. Esto se debe a cuestiones ergonómicas, para intentar evitar una inclinación
excesiva evitando futuras lesiones.
5.1.2. Placa de sujeción (Plate)
El diseño del plate no puede diferir mucho con el de otros teclados, se ha diseñado uno compa-
tible con la distribución ISO y ANSI.
Debido al estilo de montaje seleccionado, se deberá incluir solapas que se recuesten en los es-
pacios indicados.
Los interruptores elegidos para poder ser encajados correctamente en el plate, nos imponen el
grueso de la placa en 1,5 mm.
5.2. Diseño electrónico - Placa de circuito impreso (PCB)
Para dar comienzo con el diseño del corazón del teclado, la placa de circuito impreso, se em-
pieza por los requerimientos previos. Elegir el programa de simulación electrónica a usar, qué
componentes se quieren usar en el proyecto y la estructura que se desea que tenga.
Para determinar la estructura se ha realizado en primer lugar un esquema de bloques con el
funcionamiento deseado de la placa base.
Figura 53: Esquema de bloques de la placa base.
Diseño de un teclado mecánico pág. 45
En este caso el autor se decidió por usar KiCAD, puesto que fue sobre el que se encuentra más
información en internet y es el más común en este tipo de proyectos. En concreto, la versión
5.1.4.
En segundo lugar, crear un repositorio en GitHub, para además de tener una copia de segu-
ridad, poder trabajar posteriormente con elementos que serán necesarios para la fabricación y
programación de la misma.
Por último, en cuanto a la preparación de los programas a usar, es necesario descargar cier-
tas librerías e instalarlas en KiCAD. En este caso las denominadas MX-Alps-Hybrid y random-
keyboard-parts.
Estas incluyen las huellas (footprints) necesarias para el diseño del teclado. La primera contiene
multitud de diferentes interruptores, y la segunda multitud de partes generalmente útiles en
las construcciones de teclados, entre otros el botón del reset. Su instalación e incorporación al
repositorio de GitHub se realiza mediante el bloque de comandos de GitBash.
En este punto ya se está físicamente preparados para empezar el diseño/construcción de la placa
base, empezando por el esquemático.
5.2.1. Planteamiento y selección de alternativas
En este momento se han de tomar ciertas decisiones como: Qué microcontrolador (MCU) se va
a usar? Cuántas capas se necesitan para la construcción de la PCB? Qué tipo de conexión con el
ordenador se quiere usar? Qué interruptores?, o qué arquitectura se desea usar?
En cuanto al microprocesador, la opción seleccionada es el ATMega32U4, esto se debe a que es
un MCU compatible con el software de configuración QMK (QuantumMechanical Keyboard)
que será necesario para su posterior uso. Además, entre los otros compatibles, este dispone de
suficientes pines para usar una arquitectura de matriz simple.
Figura 54: Microprocesador ATMega32U4. Fuente:[14]
Esto nos lleva al siguiente punto, la arquitectura deseada. En cuanto al diseño de PCBde teclado,
hay dos maneras de organizar los interruptores. La matriz que podríamos denominar como
estándar y la matriz doble, presentando esta última ciertos pros y contras respecto la primera.
Las implicaciones físicas de la matriz doble son las siguientes, cada columna se bifurca en dos
columnas físicas y dos filas existen para cada fila física.
Lamatriz doble permite la inclusión demás teclas usando unmenor número de pines delMCU,
pág. 46 Memoria
así deja disponible unmayor número de pines para otros usos, directamente permite unmontaje
con un MCU más barato y de menor tamaño que reduce el coste final del producto.
En contraposición a estas ventajas, la matriz doble es considerablemente más complicada de
cablear, en caso de desear aumentar en un futuro el número de teclas, va a ser muy difícil y el
seguimiento en el esquemático es más complejo.
Figura 55: Esquema de los interruptores mediante una matriz simple. Fuente:[13]
Figura 56: Esquema de los interruptores mediante una matriz doble. Fuente:[13]
En cuanto al número de capas necesarias de la PCB, el autor se ha decantado por usar dos
capas de 0,8 mm de cobre cada una. Para simplificar el proceso de creación y no tener que
ir intercalando entre múltiples capas. Es un número adecuado para este proyecto debido al
número de componentes y conexiones a realizar en el futuro enrutado. Se hará referencia a
estas capas como capa superior o Top y capa inferior o Bottom.
En cuanto a la elección de los interruptores a usar, la elección ha sido unos de formatoMX están-
dar que permite la compatibilidad con la gran mayoría de opciones disponibles en el mercado.
Remarcar que he elegido la versión sin iluminación LED, ya que era una manera sencilla de
simplificar el conexionado posterior.
Para acabar con las selecciones previas, para la alimentación y transmisión de datos, se ha ele-
gido como conector con el ordenador un receptáculo USB-C. Hay varios beneficios al usar un
conector USB-C en lugar de un conector micro-USB:
Velocidades de transferencia de datos más rápidas: USB-C admite velocidades de transferencia
de datos más