Mecanismos espaciales

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MECANISMOS ESPACIALES Y ROBOTICA.

12.1. INTRODUCCION.

Hasta hace poco se había tenido interés en el diseño y análisis de mecanismos espaciales y manipuladores robóticos. Muchos de los obstáculos que impedían el diseño y e empleo de los dispositivos espaciales han sido eliminados gracias a los notables avances en las computadoras y en la electrónica. Cada vez hay un mayor reconocimiento deque mas operaciones de manufacturas complejas pueden y deben automatizarse si se desea obtener una mayor productividad y una mejor calidad en los productos.

Los diseñadores de maquinas están reconociendo que los mecanismos espaciales y los robots ya no son dispositivos novedosos de un interés estrictamente teórico; actualmente son alternativas que deben ser evaluadas en el proceso de diseño.Lo que buscamos es describir algunos de los dispositivos disponibles y las tareas que estos pueden realizar, así como proporcionar las herramientas básicas para un diseño y análisis. Con estos conocimientos, se podrá decidir si un mecanismo espacial o un manipulador robótico es el apropiado para la tarea en particular que se este considerando.

Los eslabones de un mecanismo plano estánrestringidos a moverse en un solo plano o en planos paralelos, como resultado de eso su movimiento se puede mostrar gráficamente en el plano. Los mecanismos espaciales se mueven en un espacio tridimensional, por lo tanto su movimiento no se puede mostrar completamente mediante un dibujo a simple vista.

Diseñar y analizar mecanismos espaciales los resultados suelen ser inexactos. Por lo tanto nosbasaremos en formulaciones analíticas de vectores y matrices en vez de esquemas gráficos.

12.2. MOVILIDAD.

Desarrollando en base a la ecuación de Grubler tenemos por consecuencia la conexión de dos eslabones espaciales con una unión que tenga grado de libertad, como una unión de revoltura tiene el efecto de quitarle cinco grados de libertad.

De forma similar, la unión de dos eslabones con unaunión de dos grados de libertad tiene el efecto de quitar cuatro grados de libertad y así sucesivamente.

A un eslabón de un mecanismo espacial se le quitaran todos sus seis grados de libertad debido a que se encuentra fijo al piso o base.

La movilidad total de un sistema de n eslabones espaciales esta dada por la siguiente ecuación, conocida como ecuación de Kutzbach:

M = 6(n-1) – 5f1 – 4f2– 3f3 – 2f4 – f5

(12.1)

En donde:

M = movilidad o numero de grados de libertad

n = numero toral de eslabones, incluyendo el piso o base

f1 = numero de uniones de un grado de libertad

f2 = numero de uniones de dosgrados de libertad

f3 = numero de uniones de tres grados de libertad

f4 = numero de uniones de cuatro grados de libertad

f5 = numero de uniones de cinco grados de libertad

en los mecanismos planos solo se emplean cuatro tipo de uniones o pares:

la unión de revoltura, la unión prismática, la unión de contacto rodante yla unión de leva o engrane.

La unión de revoltura, unión prismática y unión de contacto rodante cada una tienen un grado de libertad; en el caso de la unión de leva o engrane tiene dos grados de libertad.

En los mecanismos espaciales las uniones mas comunes son la unión de tornillo o helicoidal con un grado de libertad, la unión cilíndrica con dos grados de libertad, la unión esférica o derotula con tres grados de libertad y la unión de la leva espacial con cinco grados de libertad.

En la figura 12.1 se muestran las uniones y el movimiento relativo que permiten.

[pic]

Todos los eslabones de un mecanismo esférico están restringidos a moverse sobre la superficie de una esfera (o sobre esferas concéntricas). Debido a que esta es una superficie bidimensional, la ecuación de...
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