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Análisis de Cargas Dinámicas Distribuidas Inducidas por la Propia Masa de los Enlaces del Manipulador y Su Visualización en Modelos Computacionales 3D Interactivos

Autores: Utenov, Muratulla; Sobh, Tarek; Temirbekov, Yerbol; Zhilkibayeva, Saltanat; Patel, Sarosh; Baltabay, Dauren; Zhumasheva, Zhadyra

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Análisis de Cargas Dinámicas Distribuidas Inducidas por la Propia Masa de los Enlaces del Manipulador y Su Visualización en Modelos Computacionales 3D Interactivos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Estudio
Manipuladores
Cargas dinámicas
Algoritmos
Códigos de programa
Modelado 3D

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 28

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este estudio propone un enfoque para la modelación 3D de manipuladores espaciales en el entorno de software Maple 2023. Se han desarrollado algoritmos y códigos de programa para crear modelos 3D computacionales de manipuladores controlados por coordenadas generalizadas. La implementación de estos algoritmos y códigos de programa ha permitido la creación de modelos computacionales tridimensionales de manipuladores con representaciones visuales claras de los eslabones, sus secciones transversales, pares cinemáticos, pinzas y cargas, que difieren en estructura y grados de libertad, asegurando una vista integral desde todas las perspectivas espaciales. Durante el movimiento del manipulador, surgen cargas dinámicas distribuidas complejas en sus eslabones debido a sus masas intrínsecas. Estas cargas dinámicas crean varios desafíos: por ejemplo, cargas dinámicas excesivas o una deformación significativa de los eslabones pueden llevar a la falla del manipulador o a una pérdida de precisión en el posicionamiento de la pinza. Tales cargas impactan significativamente en el diseño, operación y fiabilidad de los manipuladores. El estudio y la comprensión de las cargas dinámicas en los manipuladores son áreas cruciales en mecánica y robótica, lo que permite el desarrollo de sistemas más fiables y eficientes. Se aplicó el método de Denavit-Hartenberg para controlar el movimiento de los modelos 3D computacionales de manipuladores utilizando coordenadas generalizadas. Utilizando las ecuaciones recursivas de Newton-Euler, se determinaron las características cinemáticas necesarias de los eslabones del manipulador para calcular las cargas dinámicas distribuidas que surgen de las masas intrínsecas de los eslabones en cada sección transversal, en relación con los sistemas de coordenadas locales rígidamente acoplados a los eslabones. Se desarrollaron algoritmos y códigos de programa para controlar el movimiento de los modelos 3D de manipuladores, así como para construir diagramas visuales de cargas dinámicas distribuidas en planos mutuamente perpendiculares, formados por los ejes principales de las secciones transversales de los eslabones y los ejes que pasan a lo largo de los ejes longitudinales de los eslabones. La implementación de estos algoritmos y códigos de programa permitió la generación de diagramas de distribución de todas las cargas dinámicas en todos los eslabones del manipulador en movimiento. Estos diagramas ilustran visualmente los cambios en la dirección y magnitud de las cargas dinámicas distribuidas en todas las secciones transversales de los eslabones a lo largo del ciclo completo de operación del manipulador. Esto permite considerar las cargas dinámicas identificadas en los cálculos de resistencia y rigidez de los eslabones del manipulador, lo cual es esencial para el diseño de nuevos manipuladores innovadores.

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