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Propuesta de un dispositivo de sujeción que permita la fabricación de piezas complejas




Enviado por renegado_65



    1. Resumen
    2. Aspectos
      teóricos
    3. Conclusiones
    4. Referencias

    RESUMEN

    Este artículo esta dedicado a un tema de gran
    utilidad: la
    adaptación e implantación de un mecanismo a la
    máquina fresadora de control numérico (DENFORD TRI
    VMC) que permita la manufactura de
    piezas cilíndricas, esféricas y cónicas, y
    reduzca los efectos dinámicos al utilizar una
    configuración de robot paralelo.

    I.-
    INTRODUCCIÓN

    Este trabajo
    propone, el movimiento de
    rotación y traslación del dispositivo sobre la mesa
    de trabajo de la fresadora de control numérico, como se
    muestra en
    fig. 1.

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    Fig. 1 Máquina fresadora de
    control numérico DENFORD Triac VMC

    Tabla1.Especifiaciones técnicas
    de la fresadora DENFORD Triac VMC.

     El análisis de posición de los
    mecanismos conocidos como manipuladores paralelos es estudiado.
    Estos manipuladores se clasifican en planos, esféricos o
    espaciales de acuerdo con las características de
    movimiento. También la cinemática inversa y directa de varios
    manipuladores paralelos es analizado[1].

    Un manipulador paralelo típico consiste en una
    plataforma móvil que está conectada a una base fija
    por varias patas. Generalmente el número de patas es igual
    al número de grados de libertad
    así que cada pata esta controlada por un actuador y todos
    los actuadores pueden ser montados en o cerca de la base fija.
    Por esta razón los manipuladores paralelos son a veces
    llamados manipuladores de plataforma, como el que se muestra a
    continuación en la fig. 2.

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    Fig. 2 Diagrama de la
    plataforma móvil de Stewar-Gough.

    Debido a que la carga externa puede ser compartida por
    los acutadores, los manipuladores paralelos tienden a tener una
    gran capacidad de carga. Los manipuladores paralelos se pueden
    usar en muchas aplicaciones como simuladores de avión,
    aparatos apuntadores, máquinas
    caminadoras de alta velocidad y
    precisión.

    El diseño
    de los manipuladores paralelos data del año 1962 cuando
    Gough y Whitenall diseñaron un sistema universal
    para llantas de máquina. Stewart (1965)
    diseñó una plataforma manipuladora para un
    simulador de avión. Hunt (1983) hizó un estudio
    sistemático de cinemática
    en una estructura de
    manipuladores paralelos. Desde ese entonces los manipuladores
    paralelos han sido estudiados extensivamente por numerosos
    investigadores[1].

    Se dice que un manipulador paralelo es simétrico
    si satisface las siguientes condiciones.

    1. El número de patas es igual al número
      de grados de libertad de la plataforma con
      movimiento.
    2. El tipo y número de uniones en todas las patas
      esta arreglado en un patrón idéntico.
    3. El número y la localización de las
      uniones en todas las patas es el mismo.

    Para facilitar el análisis, un plano cartesiano
    esta definido en cada unión de acuerdo con
    Denavit-Hartenberg.

    II.- ASPECTOS
    TEÓRICOS

    Se ha investigado la dinámica de los manipuladores paralelos y
    también la máquina VARIAX desarrollada por Gidding
    y Lewis. Este análisis es complicado debido a la
    existencia de múltiples cadenas cinemáticas
    cerradas. Varias aproximaciones se han propuesto incluyendo la
    fórmula de Newton-Euler.
    Ésta fórmula requiere de ecuaciones de
    movimientos, esto lleva a muchas ecuaciones y a resultados con
    poca eficiencia.

    La fórmula Lagrangeana elimina todas las fuerzas
    de reacción que no se necesitan junto con momentos, es
    más eficiente que la fórmula de Newton-Euler. Sin
    embargo, debido a varias fuerzas impuestas por cadenas
    cinemáticas cerradas del manipulador, las ecuaciones
    explícitas en términos de movimiento de un conjunto
    de coordenadas generalizadas se vuelven una tarea
    prohibida.

    Para simplificar el problema de coordenadas adicionales
    junto con un conjunto de múltiples Lagrangeanos se
    introducen normalmente. En algunos casos las patas son
    aproximadas por puntos básicos argumentando que esta
    aproximación introduce modelos de
    errores significantes. Un estudio comparativo de la
    cinemática inversa de manipuladores de abrazadera-cerrada
    puede ser encontrada en el trabajo que
    hicieron Lin y Song (1990)[1].

    De acuerdo con su naturaleza, y
    singularidad los manipuladores paralelos se clasifican en tres
    categorías.

    1. Arquitectura.
    2. Configuración.
    3. Formulación.

    En cuanto a su arquitectura, nos
    interesa la de un mecanismo de seis grados de
    libertad.

    El análisis Jacobiano para manipuladores
    paralelos es mas difícil que los manipuladores seriales,
    por que hay muchos eslabones que forman cadenas
    cinemáticas cerradas.

    El estudio del movimiento instantáneo de cadenas
    cinemáticas fue propuesto por Waldron (1966), Davis y
    Primrose (1971) y después por Baker (1980). Desde ese
    entonces varios métodos de
    se han propuesto. En 1981 Davis desarrollo una
    ley para una
    cadena mecánica que es análoga a la ley de
    kichhoff. En 1983 Mohamet desarrollo un procedimiento
    para la determinación de giros instantáneos
    asociados con las uniones con las patas usando la ecuación
    de velocidad. Mohamet y Duffy introdujeron una teoría
    de tornillo, y Sugimoto en 1987 aplico álgebra de
    motor par el
    análisis Jacobiano de manipuladores paralelos.

    Una limitación importante de un manipulador
    paralelo es que, configuraciones singulares pueden existir en el
    lugar de trabajo donde el manipulador gana uno o mas grados de
    libertad y por lo tanto pierde completamente la
    dureza.

    Esta propiedad
    atrajo la atención de diferentes investigadores.
    Gosselin y Angeles en 1990 estudiaron las singularidades de los
    mecanismos de cadenas cinemáticas cerrada y sugirieron una
    separación de la matriz
    Jacobiana en dos matrices: una
    asociada con la cinemática directa y la otra con la
    cinemática inversa[1].

    Los eslabones que forman parte del mecanismo que
    se pretende realizar y que ira montado sobre la mesa de trabajo
    de la fresadora como se muestra en la fig. 3.

    Fig. 3 Acoplamiento próximo de
    cada uno de las piernas

    La propuesta que se presenta es en base en el desarrollo
    del mecanismo del ojo ágil, que es utilizado para la
    orientación de las cámaras fotograficas que abarca
    un espacio de trabajo muy grande y que es análogo al de un
    ojo humano como se muestra en la figura 4.

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    Fig.4 Diseño completo del ojo
    ágil.

    Este dispositivo se ha utilizado principalmente en el
    campo de la vision activa con muy buenos resultados, y es de
    donde se tomaría la idea principal para el desarrollo del
    mecanismo que iría montado en la mesa de trabajo de la
    frasadora de control numérico, este mecanismo nos
    permitiría obtener movimientos rotacionales con el
    objetivo de
    fabricar piezas complejas como cilíndricas,
    esféricas y cónicas.

    El prototipo del ojo ágil se muestra en la fig.
    5, el cual se tomara como base.

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    Fig. 5 Prototipo del ojo
    ágil.

    CONCLUSIONES

    El presente trabajo comprende el diseño de un
    mecanismo que permita ser montado en la mesa de trabajo de la
    máquina fresadora, para la manufactura de piezas
    complejas, en base a los requerimientos de operación
    establecidos respectivamente de dicha máquina, inspirado
    en el ojo ágil que es un mecanismo de alto rendimiento
    capaz de orientar una cámara fotográfica dentro de
    un espacio de trabajo y con velocidad , y aceleraciones
    más grandes que las del ojo humano.

    REFERENCIAS

    [1] Lung-Wen Tsai, Robot Análisis the mechanics
    of serial and parallel manipulators.

    Ed. John Wiley and Sons. Año 1999,
    E.U.

    [2] Generic Milling Manual, Denford
    Computerised Machines and Systems.

    [3] Ricardo Jiménez, Ingeniería en Manufactura, Control
    numérico por computadora.

    René Pérez Pérez

    M.C. Sergio J Torres M

    M.M. J. Andrés Yánez R

    Av. Tecnológico No. 420 Col. Maravillas C.P.
    72220

    MAESTRÍA EN CIENCIAS EN
    INGENIERÍA MECÁNICA

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