UNIVERSIDAD DE LA SERENA - FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑOS MECÁNICOS

PROF. ING. MARIO RIVERA RIVERA

JUEVES, 2 DE DICIEMBRE DE 2010

INFORME DESCRIPTIVO II

PROYECTO GRUPAL,

ANÁLISIS COMPUTACIONAL

Felipe Araya Cortés – Victor Miranda Alcayaga – Gonzalo Roco Labra

En este informe se da a conocer la elaboración de las respectivas partes que componen el sistema a analizar, “Brazo Robótico”, así como los inconvenientes, comparación y consideraciones efectuadas para los elementos modelados.

1.- Objetivos

- Dar a conocer el procedimiento del modelado del “Brazo Robótico”.

- Exponer problemáticas en el diseño del modelado.

- Establecer parámetros de diseño.

2.- Modelado

2.1.- Componentes desarrollados.

En base a las características del sistema a analizar, éste se desglosó en tres áreas respectivas:

- I - Pinza. - II - Estructura. - III - Componentes generadoras de movimiento.

Basado en las dimensiones de cada pieza que compone el brazo robótico, se trabajó en los software Inventor 2010 y 2009, de lo cual se obtuvo lo siguiente:

2.1.1.- Pinza

La pinza del brazo robótico, corresponde a un mecanismo simple el cual basa su funcionamiento en la presión ejercida por dos placas que se unen mediante un sistema de tracción, el cual por razones de análisis, no fue necesario establecerlo, ya que para su confección, basta con emular dicha condición mediante la simulación de fuerzas opuestas en las respectivas placas prensoras, cabe considerar que en la eliminación de este sistema, conlleva a la eliminación de piezas que restringen el movimiento de la pinza, restricción que se reguló mediante restricciones de posicionamiento angular.

2.1.1.1.- Componentes.

Para la confección de este elemento se elaboraron 4 piezas bases, para generar el conjunto de 10 que es el total de componentes de la pinza modelada.

Las cuatro partes básicas corresponden a:

1.- Placa prensora.

2.- Buje.

3.- Brazo 1.

4.- Brazo 2.

Una vez dibujadas las piezas necesarias, se procedió a realizar el ensamble de las componentes para modelar el primer mecanismo que compone a esta pinza, el cual posteriormente se empleó para formar la pinza en su totalidad, por medio de un ensamble nuevo.

Mecanismo Formador de la pinza.

2.1.1.2.- Ensamble Pinza.

En base a las características de la pinza en sí, a continuación se puede apreciar la simplificación de componentes al comparar la imagen representativa de la misma con su modelo virtual, en lo cual se debe destacar la diferencia de materiales que luego se especificarán en su análisis posterior en el software Algor.

2.1.1.3.- Comparación Prototipo/Modelo Virtual.

Como se puede apreciar en las figuras superiores, la pinza modelada no cuenta con las partes centrales que se visualizan en la figura de la imagen real, ello a razón de lo mencionado con anterioridad.

Claramente se ve que se obviaron alrededor de 6 componentes visibles extras, sin considerar los resortes internos, pernos, tuercas y otros elementos mecánicos que generarían mayores demoras en el posterior análisis, ello debido a que para dicho proceso se tendrían que evaluar más componentes que no implicarían gran importancia a lo requerido.

2.1.2.- Estructura

Las partes que conforman la estructura principal del brazo robótico se anexan a la configuración de la pinza antes mencionada. De tal manera se establece la unión entre sección de contacto, y las partes que generan el movimiento para el brazo robótico en sí, refiriéndose a la parte que efectúa el movimiento principal, es decir, al brazo y antebrazo del brazo robótico.

Las partes que conforman la estructura, son:

1. Unión entre soporte cilíndrico y brazo.

2. Soporte cilíndrico (antebrazo).

3. Placas soportes Base (3 piezas)

4. Brazo

5. Placa Separación Base

6. Apoyo Base

Como se puede apreciar en las figuras anteriores, la complejidad de las mismas no era mayor, por lo que en el modelado de las mismas, sólo se omitieron los pernos que unen cada componente, unión que se emuló con restricciones.

Montaje Estructura-Pinza

Como se aprecia en la imagen anterior, el brazo robótico modelado ya ha tomado forma, a lo cual sólo bastaría adjuntar las componentes generadoras de movimiento que permitirían desplazar la base como la estructura, ello mediante el uso de motores que transmiten un torque a ejes en los cuales van montados engranajes de diferentes tamaños, formando sistemas corona-pistón.

2.1.3-. Componentes generadoras de movimiento - Modelado de engranajes

2.1.3.1.- Procedimiento.

Para realizar el diseño de los engranajes, lo primero que se realizó, fue dibujar los tres diámetros principales de mismo, el diámetro exterior, el interior y el diámetro primitivo como se muestra a continuación.

Luego se procede a dibujar el radio de la circunferencia exterior y se le realiza un “Circular Pattern” equivalente a cuatro veces el número de dientes. Luego se procede a medir el ángulo que forman cada una de las rectas como se muestra en la imagen.

Una vez considerado el ángulo, se borran todas las líneas realizadas y se procede a dibujar tres de las líneas manualmente que nos servirán como base para dibujar nuestro diente. Luego se procede a dibujar la mitad del diente y borrar todos los excesos.

Luego, mediante el uso de la herramienta “Mirror” procedemos a dibujar la otra mitad del diente. Seleccionamos todas las partes del diente y le aplicamos un nuevo “Circular Pattern” ahora si contando el número de dientes para luego eliminar a trabes de “Trim” las secciones de circunferencia entre dientes como se muestra.

Finalmente debemos retornar para luego dar el “Extrude” que deseamos.

2.1.3.3.-Resultado de las Piezas obtenidas.

* Consideración: Se estableció un alto del diente igual a cuatro milímetros para todos los engranajes.

En la elaboración de los engranajes, debido a la gran cantidad de procedimientos que deben efectuarse para su desarrollo, sólo se dibujaron 3 tipos básicos, todos ellos de dientes rectos, a pesar de que el brazo robótico presenta engranes de tipo helicoidal; de estos engranes modelados, para el ensamble principal, correspondiente a la unión entre el brazo y el antebrazo del soporte, se consideraron 2, los cuales se muestran a continuación:

Piñón conductor de 13 dientes (izquierda), Engranaje conducido de 52 dientes (centro), engranaje conducido no considerado en ensamble (derecha).

Montaje Pinza-Estructura-Engranajes

Representación Brazo Robótico - Modelo.

3.- Inconvenientes.

Los engranajes fueron diseñados e incorporados al modelo, pero debido a la complejidad de su forma no fue posible incorporarlos al análisis, por ello fue necesario establecer un mecanismo que permitiera cumplir las mismas funciones sin restringir la función de los mismos, ello se efectuó mediante la incorporación de dos bujes que servirían de soporte y la extensión del eje en el cual se montaban los engranes, lo cual cumpliría las especificaciones de transmisor de movimiento, al actuar de forma similar a una polea en la que se acopló el brazo.

4.- Discusión.

En base al desarrollo de las componentes formadoras del brazo robótico, se puede apreciar la simplicidad de algunas, como la complejidad de otras, lo cual repercute en el análisis mecánico que se establecerá posteriormente, ello debido a la incompatibilidad presentada por el software Algor para mallar, en nuestro caso los engranajes, problema del cual si no son posible su solución, se deberá establecer un diseño mediante la incorporación de piezas externas al prototipo, que implican un cambio en lo deseado, que es efectuar un análisis del brazo robótico real, basado en la totalidad de las componentes, pero desglosado en sistemas de trabajo.