Publicación: Análisis modal de una plataforma flexible 2R utilizando Teoría de Helicoides
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Fecha
2022
Autores
Alejo Pucheta, Martín
Gastón Gallardo, Alejandro
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Derechos de acceso
info:eu-repo/semantics/openAccess
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Editor
Universidad Nacional de Educación a Distancia (España), Universidad Politécnica de Madrid. Departamento de Ingeniería Mecánica
Resumen
Los mecanismos flexibles tienen gran aplicación en el campo de la ingeniería de precisión, dispositivos médicos e instrumentación óptica, entre otros. Los mecanismos flexibles logran movimientos de precisión que se generan por la deformación elástica de sus elementos flexibles. Para ciertas aplicaciones, los mecanismos deben cumplir especificaciones dinámicas, por ejemplo, que las frecuencias de resonancia estén acotadas en cierto rango de valores, tanto para los movimientos deseados como para los parasitarios. Por ello, en la etapa inicial de diseño y optimización del mecanismo debe realizarse un análisis modal de los mismos. En este trabajo se analiza una plataforma flexible de 2 grados de libertad rotacionales restringido con elementos flexores del tipo viga; estas plataformas se utilizan principalmente en aplicaciones ópticas para el guiado de luz o rayos láser mediante espejos de diversas escalas. La descripción del movimiento del mecanismo, tanto de los cuerpos rígidos como de los elementos flexibles, es abordada por medio de la Teoría de Helicoides (conocida en inglés como Screw Theory). Partiendo de los movimientos deseados se sintetiza el mecanismo utilizando helicoides y se exploran soluciones para plataformas en paralelo y en serie. Luego, se realiza un análisis modal utilizando el mismo formalismo, facilitando la optimización de los diseños. Los resultados analíticos obtenidos mediante Teoría de Helicoides son comparados con resultados de análisis por elementos finitos. Por la eficiencia computacional se opta por las ecuaciones analíticas para ser aplicados en la optimización de los diseños.
Compliant mechanisms have great application in the field of precision engineering, medical devices and optical instrumentation, among others. Compliant mechanisms perform precision movements generated by the elastic deformation of their flexible elements. For certain applications, the mechanisms must meet dynamic specifications, for example, that the resonance frequencies are bounded by a certain range of values, both for the desired movements and for the parasitic ones. Therefore, in the initial stage of design and optimization of the mechanism, a modal analysis of them must be carried out. In this work, a flexible platform with 2 degrees of rotational freedom restricted with beam-type flexure elements is analyzed. These platforms are mainly used in optical applications for guiding light or laser beams through mirrors of various scales. The description of the movement of the mechanism, for the rigid and the flexible elements, is approached by means of Screw Theory. Starting from the desired movements, the mechanism is synthesized using screws and solutions for parallel and serial platforms are explored. Then, a modal analysis is performed using the same formalism, facilitating the optimization of the designs. The analytical results obtained by Screw Theory are compared with the results of finite element analysis. Due to the computational efficiency, the analytical equations are chosen to be applied in the optimization of the designs.
Compliant mechanisms have great application in the field of precision engineering, medical devices and optical instrumentation, among others. Compliant mechanisms perform precision movements generated by the elastic deformation of their flexible elements. For certain applications, the mechanisms must meet dynamic specifications, for example, that the resonance frequencies are bounded by a certain range of values, both for the desired movements and for the parasitic ones. Therefore, in the initial stage of design and optimization of the mechanism, a modal analysis of them must be carried out. In this work, a flexible platform with 2 degrees of rotational freedom restricted with beam-type flexure elements is analyzed. These platforms are mainly used in optical applications for guiding light or laser beams through mirrors of various scales. The description of the movement of the mechanism, for the rigid and the flexible elements, is approached by means of Screw Theory. Starting from the desired movements, the mechanism is synthesized using screws and solutions for parallel and serial platforms are explored. Then, a modal analysis is performed using the same formalism, facilitating the optimization of the designs. The analytical results obtained by Screw Theory are compared with the results of finite element analysis. Due to the computational efficiency, the analytical equations are chosen to be applied in the optimization of the designs.
Descripción
Categorías UNESCO
Palabras clave
plataforma paralela 2R, mecanismos flexibles, teoría de helicoides, análisis modal
Citación
Centro
E.T.S. de Ingenieros Industriales
Departamento
Mecánica