Técnicas computacionales para el diseño automático de mecanismos flexibles de precisión

• Autores: Gallardo, Alejandro
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Pucheta, Martín; Preidikman, Sergio; Roccia, Bruno
• Materia: TECHNOLOGY::Information technology::Computer science; Mecanismos flexibles de precisión; Teoría de helicoides; Síntesis de mecanismos
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctorado en Ciencias de Ia Ingeniería)-Universidad Nacional de Córdoba - Facultadad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales
Fil: Gallardo, Alejandro. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba; Argentina.
Los mecanismos flexibles transmiten movimientos y fuerzas mediante la deformación de sus miembros flexibles. Comparados con los mecanismos rígidos, los mecanismos flexibles tienen la ventaja de eliminar la necesidad de lubricación, no poseen juegos, reducen o eliminan la fricción y el consiguiente desgaste entre partes, y disminuyen la complejidad y los costos del proceso de ensamblaje y alineación. El diseño de mecanismos flexibles de precisión en pequeños desplazamientos es un área de investigación en constante crecimiento debido a las nuevas necesidades de generación de movimientos micro y nanométricos para manipulaciones en investigación, desarrollo de nuevos productos y producción industrial. El diseño de mecanismos flexibles presenta ciertos desafíos, ya que requiere conocer e integrar la flexibilidad del elemento flexor en el análisis cinemático del mecanismo. Existen varios métodos para su diseño: método de pseudo-rígidos, método de construcción por bloques, método basado en restricciones, método FACT (por las siglas en inglés de Freedom, Actuation, and Constraint Topologies), optimización topológica, entre otros. Estos métodos de diseño de mecanismos flexibles no permiten que el proceso de diseño sea automático para cualquier tipo de mecanismo, ya sea plano o tridimensional. Sin embargo, la automatización es un tópico de investigación abierto y requerido por los diseñadores. La aplicación de la teoría de helicoides en el método basado en restricciones es la herramienta adecuada para la sistematización del diseño de mecanismos y posibilita tanto su cálculo analítico como su implementación computacional. En esta tesis se utiliza la teoría de helicoides para la descripción de movimientos y fuerzas, en conjunto con el método basado en restricciones, para la creación de nuevas herramientas computacionales que permitan el diseño automático de mecanismos flexibles. En el área de teoría de helicoides, se presentan nuevos procedimientos para calcular la suma, intersección y diferencia de sistemas de helicoides. Estas operaciones se aplican en una nueva metodología para el análisis cinemático y la síntesis de mecanismos de cualquier topología. Además, se propone un procedimiento automático para la síntesis de mecanismos paralelos, partiendo del espacio de libertad deseado y contemplando las restricciones espaciales de diseño. Las principales restricciones son que los flexores deben vincular dos cuerpos rígidos y que la superficie de fijación de los mismos está acotada. Los operadores entre sistemas de helicoides y la automatización de mecanismos paralelos se aplican, en conjunto con la teoría de grafos, para el diseño de mecanismos flexibles con actuadores desacoplados, que tienen gran relevancia en la ingeniería de precisión por su controlabilidad. La metodología se ilustra con el diseño y rediseño de tres casos de estudio. Los análisis cinemáticos y estáticos de las soluciones se realizan analíticamente y luego se validan mediante análisis de elementos finitos. Estos avances permiten un diseño conceptual rápido de mecanismos flexibles complejos, mejorando significativamente la capacidad de análisis y síntesis de estos sistemas en diversas aplicaciones relacionadas a micro y nano posicionamiento, robótica, dispositivos hápticos y médicos, satelitales y optomecatrónica, entre otros. Finalmente, se espera contribuir en el desarrollo de nuevas metodologías que se puedan incorporar a sistemas de diseño e ingeniería asistida por computadora (CAD/CAE) facilitando la labor creativa y reduciendo los costos y tiempos de diseño.
Fil: Gallardo, Alejandro. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba; Argentina.