Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
brazo robotico con diseño en solid works
Tipo: Ejercicios
1 / 50
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Martínez Serrano Roberto Tláhuac, Ciudad de México, diciembre, 2023
La justificación de este proyecto se fundamenta en la necesidad de desarrollar un brazo robótico hidráulico como herramienta educativa para la materia de análisis y síntesis de mecanismos. El objetivo principal es generar el diseño mediante SolidWorks y construir una maqueta que pueda servir como prototipo para identificar problemas de diseño y mejorar la funcionalidad en futuros proyectos. Se establecen objetivos específicos, como comprender el funcionamiento de un brazo robótico hidráulico, elaborar el diseño con materiales adecuados, simular el diseño en SolidWorks y crear un video para mostrar el funcionamiento. Sin embargo, se reconocen limitantes como el tiempo, la precisión de movimientos en la maqueta y la disponibilidad de presupuesto y conocimiento para utilizar SolidWorks. El proyecto aborda el uso de actuadores, específicamente actuadores hidráulicos, y se proporciona un marco teórico detallado sobre distintos tipos de actuadores, eslabonamientos, juntas, grados de libertad y tipos de movimiento. Además, se documenta el proceso de diseño en SolidWorks y la construcción física de la maqueta, destacando la importancia de la adaptabilidad y sellado adecuado para un rendimiento óptimo. En conclusión, el proyecto no solo se enfoca en la aplicación práctica de principios de ingeniería, sino que también destaca la importancia de la experimentación y la mejora continua en el diseño de mecanismos hidráulicos.
Objetivo general
Actuadores Un actuador es un dispositivo que convierte la energía en movimiento o que se utiliza para aplicar fuerza. El dispositivo toma energía de una determinada fuente (que puede ser energía creada por aire, líquido o electricidad) y la convierte en el movimiento deseado. Los dos tipos de movimiento básico deseados son lineal y rotativo, pero también es común el movimiento oscilatorio. Los actuadores lineales trabajan convirtiendo energía en movimientos lineales rectos, los cuales sirven para empujar o tirar. Los actuadores rotativos, por otro lado, convierten la energía en movimientos oscilatorios y se utilizan, en general, en distintas válvulas, como las de mariposa o de bola. Los actuadores se utilizan típicamente en aplicaciones industriales y de manufactura. Dispositivos como válvulas, motores, interruptores y bombas dependen ampliamente de ellos. Cada tipo de actuador cuenta con distintas versiones y se ofrece en diferentes tamaños, estilos y modos de operación, de acuerdo con cada aplicación en específico. Tipos de actuadores Los actuadores se categorizan según la fuente de energía que utilizan para generar el movimiento. Por ejemplo:
Imagen 1. Actuador mecánico Un ejemplo sencillo de la operación de un actuador mecánico es un bloque de cadena con engranes utilizado para levantar una carga desde el piso. El movimiento mecánico de la cadena sobre los engranes crea un movimiento lineal ascendente, que permite levantar la carga. Actuadores neumáticos Los actuadores neumáticos son quizás el tipo de actuador más común. Su fuente de energía es el aire comprimido, el cual se utiliza para mover un pistón cuando el aire se libera o descomprime. Los actuadores neumáticos de pistón se usan comúnmente para la operación de válvulas mariposa. Imagen 2. Actuador neumático Los actuadores neumáticos son deseables en muchas aplicaciones, debido a que pueden responder con rapidez a operaciones de arranque y paro, así como debido a que no necesitan una fuente de energía para operar. Asimismo, son más baratos, seguros, más poderosos y confiables que otros
Imagen 4. Actuador eléctrico También existen los actuadores eléctricos solenoide que se utilizan para propósitos de encendido y apagado en sistemas de válvulas que requieren paros de emergencia frecuentes. Actuadores térmicos Los actuadores térmicos utilizan energía térmica o magnética para producir el movimiento deseado. Son ligeros, muy económicos y brindan densidad de alta potencia. Imagen 5. Actuador térmico
Un mecanismo: Se puede definir como un dispositivo que transforma el movimiento según un esquema deseable y que desarrolla fuerzas de baja intensidad y transmite poca potencia. Ejemplo: Sombrilla, lámpara de escritorio. Una máquina: Contiene mecanismos que están diseñados para proporcionar fuerzas significativas y transmitir potencia apreciable. Ejemplo: Un robot, juegos electromecánicos, torno, etc. Grados de Libertad: El grado de libertad (GDL) de un sistema es el número de parámetros independientes que se necesitan para definir unívocamente la posición de un sistema mecánico en el espacio en cualquier instante. Así, un cuerpo rígido en el plano posee 3 grados de libertad. Por ejemplo: 2 longitudes y un ángulo. Imagen 6. Grados de libertad. Tipos de movimiento: Un cuerpo rígido con movimiento, en el caso general, tendrá un movimiento complejo, definido por una combinación de rotación y traslación. Así se definen para el movimiento en el plano:
Cierre de forma: Se mantiene unida o cerrada por su configuración (Buje – eje). Cierre de fuerza: Requiere de una fuerza para mantenerse cerrada. (leva – seguidor). Una cadena cinemática se define como un ensamble de eslabones y juntas interconectados de modo que proporciones un movimiento de salida controlado con respuesta a un movimiento de entrada proporcionado. Un mecanismo: Se define como una cadena cinemática en la cual por lo menos un eslabón está sujeto al marco de referencia. Una máquina: Es una combinación de cuerpos resistentes dispuestos para hacer que las fuerzas mecánicas de la naturaleza realicen trabajo, acompañados por movimientos determinados ó es un conjunto de mecanismos dispuestos para transmitir fuerzas y realizar trabajo. Determinación de grados de libertad: La determinación del GDL es fundamental para el análisis de los mecanismos. Las cadenas cinemáticas o mecanismos pueden ser: Abiertas: Tendrá siempre más de un grado de libertad y por lo tanto necesitará para su accionamiento tantos motores como grados de libertad tenga. Máquinas y mecanismos. Las máquinas son dispositivos empleados para alterar, transmitir, y dirigir fuerzas con el propósito de lograr objetivos específicos. En tanto, un mecanismo es una porción mecánica de una máquina que tiene la función de transferir movimiento y fuerzas de una fuente de poder a una salida. Un mecanismo puede ser considerado como partes rígidas que producen el movimiento deseado de la máquina. Imagen 7. Elevador La figura anterior muestra una plataforma de altura ajustable que es accionada por cilindros hidráulicos. Aquí el dispositivo completo constituye una máquina, pero las partes que toman energía de los cilindros, y elevan y bajan la plataforma, constituyen un mecanismo.
La cinemática estudia la geometría del movimiento y su análisis involucra la determinación de posición, desplazamiento, rotación, velocidad, y aceleración de un mecanismo. Ha de comentarse que la mayoría de los mecanismos exhiben un movimiento de manera tal que las partes se mueven en planos paralelos. Estos mecanismos cuyo movimiento está limitado a un espacio bidimensional se conocen como mecanismos planares. Eslabonamiento o enlace. Es un mecanismo donde partes rígidas están conectas para forman una cadena. Hay eslabonamientos simples y eslabonamientos complejos. Marco. Es la parte del eslabonamiento que sirve como marco de referencia para el movimiento de todas las otras partes y que típicamente no exhibe movimiento (está en reposo). Eslabones. Son las partes individuales del mecanismo. Son considerados cuerpos rígidos y están conectados entre sí para transmitir movimiento y fuerzas. Teóricamente, un cuerpo rígido no cambia de forma durante el movimiento, y a pesar de que en nuestra realidad física los cuerpos rígidos no existen, en vista de que los eslabones están diseñados para deformación mínima; se puede considerar que son rígidos. Las partes elásticas, resortes, por ejemplo, no son rígidos y consecuentemente no son considerados eslabones. Estos dispositivos no tienen efecto sobre la cinemática de un mecanismo y usualmente son ignorados durante el análisis cinemático más no durante el análisis dinámico. Junta. Es una conexión entre los eslabones que permite movimiento relativo entre ellos. Hay dos juntas primarias o completas, estas son las juntas de revolución y las de deslizamiento. Junta de revolución o de bisagra. Permite rotación pura entre los eslabones que conecta. Junta de deslizamiento o prismática. Sólo permite deslizamiento lineal entre los eslabones que conecta. Imagen 7. Eslabón Imagen 8. Corredera
Punto de interés. Es un punto en un eslabón donde el movimiento es de interés especial. Una vez el análisis cinemático es efectuado, el desplazamiento, velocidad, y aceleración de ese punto son determinados. Actuador. Es el componente que opera o que da energía al mecanismo. Actuadores comunes incluyen: motores eléctricos, motores hidráulicos, máquinas reciprocantes, cilindros hidráulicos y neumáticos, solenoides, y movimiento humano. Cadenas cerradas. Eslabonamientos en donde cada eslabón está conectado a dos o más eslabones. Cadenas abiertas. Eslabonamientos en donde al menos un eslabón solo está conectado a otro eslabón y queda una potencial junta libre. Un ejemplo de esto son los brazos robóticos. Imagen 11. Cadenas abiertas
El principio de Pascal es una ley de la física que establece que la presión ejercida sobre un líquido encerrado en un recipiente de paredes indeformables se transmite por igual a todos los puntos del líquido y las paredes del recipiente. Este principio se puede aplicar en diversos campos como la hidrostática, la prensa hidráulica, el elevador hidráulico, el frenado hidráulico, entre otros. El enunciado que define el principio de Pascal es el siguiente: “La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido”. La fórmula para aplicar el principio de Pascal es la siguiente: p = p_0 + rho g h, donde p es la presión total a la profundidad h, p_0 es la presión sobre la superficie libre del fluido, rho es la densidad del fluido y g es la aceleración
La hidráulica es una tecnología que utiliza un líquido o fluido para transmitir energía y hacer funcionar mecanismos. Se basa en aumentar la presión del fluido mediante elementos del circuito
hidráulico, como un compresor, para utilizarla como trabajo útil en un cilindro u otro elemento de salida. Esta tecnología se aplica principalmente en la industria automotriz, donde se utilizan circuitos hidráulicos para la lubricación y la inyección del motor. La hidráulica tiene dos ramas principales: la hidrostática y la hidrodinámica. La hidrostática se encarga de estudiar el comportamiento de los líquidos en reposo, mientras que la hidrodinámica se enfoca en el estudio del movimiento de los líquidos. Figura 2. Algunos principios fundamentales de la hidráulica son el principio de Pascal y el principio de Bernoulli. El principio de Pascal establece que las variaciones de presión en un líquido se transmiten con igual intensidad en toda la masa, lo que permite que la energía se transmita de manera eficiente dentro del sistema hidráulico. Por otro lado, el principio de Bernoulli aplica el principio de conservación de la energía a los líquidos en movimiento, lo que resulta en un flujo constante y controlado a través de los conductos hidráulicos. (Benítez, 2023) Figura 2. Hidráulica Fuente: (Benítez, 2023) Aplicaciones de la hidráulica La hidráulica tiene diversas aplicaciones en diferentes áreas de trabajo. Algunas de estas aplicaciones incluyen: Maquinaria agrícola y de construcción: En este rubro, la hidráulica se utiliza en accesorios para excavadoras, grúas y tractores, así como en funciones de pala y volteo. Estos componentes hidráulicos permiten realizar tareas de carga y levantamiento de manera eficiente y potente. Taller: Los talleres utilizan plataformas de elevación, herramientas y elevadores hidráulicos para facilitar el trabajo. Estos sistemas hidráulicos permiten elevar y manipular objetos pesados con relativa facilidad, lo que ahorra tiempo y esfuerzo. Tecnología automotriz: La hidráulica se encuentra presente en el ámbito automotriz en componentes como el embrague, frenos, dirección asistida y chasis de los vehículos. Estos sistemas hidráulicos brindan mayor potencia y precisión a los diferentes mecanismos del automóvil.
La presión hidráulica La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa ( fuerza) y empuje de la misma. Los fluidos a presión Según la teoría cinética, toda la materia, desde un papel a una gota de agua, está formada por partículas (átomos o moléculas) en continuo movimiento. Las partículas que constituyen un gas se encuentran bastante alejadas entre sí y se mueven desordenadamente en todas direcciones. Tienden siempre a expandirse, por lo que se dice que un gas no tiene volumen ni forma propia, sino que adquiere los del recipiente que lo contiene. Por esta razón, los gases se pueden comprimir y expandir fácilmente sin más que modificar el volumen del recipiente. En los líquidos, las partículas se hallan menos separadas que en los gases y las fuerzas atractivas entre ellas son lo suficientemente intensas como para impedir que se separen, deslizándose unas sobre otras. Los líquidos tienen volumen propio pero su forma se adapta a la del recipiente que los contiene. Por tanto, no se pueden comprimir: se dice que son incompresibles. Un fluido almacenado en un recipiente ejercerá una fuerza sobre las paredes de este. La fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina presión. La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa), que equivale a 1 N/m. También se emplean otras unidades para medirla, como por ejemplo la atmósfera, el bar, los milímetros de mercurio, etc. La presión es una magnitud que define el estado del gas. Nos informa de la fuerza de empuje que puede realizar un gas sobre la unidad de área, en función del número de choques que se producen sobre la superficie. Las unidades que se utilizan para la presión son:
Es una conexión entre los eslabones que permite movimiento relativo entre ellos. Hay dos juntas primarias o completas, estas son las juntas de revolución y las de deslizamiento. Existen numerosos tipos de juntas que se utilizan en distintos mecanismos. A continuación, se presentan algunos
Juntas de bisagra: Permiten el movimiento de rotación alrededor de un eje fijo, como las que se encuentran en las puertas. Juntas deslizantes: Posibilitan el movimiento lineal de un componente a lo largo de una guía o ranura. Juntas de rótula: Permiten un movimiento de rotación en varias direcciones, como las que se encuentran en los brazos de robots. Juntas de cardán: Permiten la transmisión de movimiento entre ejes que están a ángulos diferentes, como las que se utilizan en las transmisiones de automóviles. Juntas universales: Permiten la transmisión de movimiento y fuerza entre dos ejes que no están alineados, como las que se utilizan en los ejes de transmisión de vehículos. (tutomaniac.com, s.f.) Figura 6 Figura 6. Junta Fuente: (.blogmecanicos.com, 2018) Funcionamiento de las juntas Las juntas están compuestas por diferentes elementos que facilitan el movimiento y reducen la fricción entre las partes conectadas. Algunos de los componentes más comunes son:
