Análisis y Optimización de un Nuevo Posicionador Compacto y Cumplidor de 2 Grados de Libertad para el Posicionamiento para Evaluar las Características de Bioespecímenes
Autores: Dang, Minh Phung; Le, Hieu Giang; Tran, Chi Thien; Nguyen, Vo Duc Trieu; Chau, Ngoc Le
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis y Optimización de un Nuevo Posicionador Compacto y Cumplidor de 2 Grados de Libertad para el Posicionamiento para Evaluar las Características de Bioespecímenes
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Frecuencia natural
Relación de amplificación de desplazamiento
Movimiento lineal
Bisagras de flexión
Variables de diseño óptimo
Factor de seguridad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Se ha desarrollado un novedoso posicionador compacto de 2-DOF con el propósito de lograr buenas características como alta frecuencia natural, alto ratio de amplificación de desplazamiento, buen movimiento lineal y estructura compacta, basado en su estructura simétrica. Específicamente, se propone el escenario desarrollado de acuerdo con un amplificador de desplazamiento de seis palancas avanzado, dispuesto en un ángulo de inclinación de la barra rígida utilizando bisagras circulares y un mecanismo de guiado paralelo con bisagras de flexión integradas para alcanzar las características mencionadas y reducir el error de movilidad de desacoplamiento. Primero, para evaluar rápidamente la respuesta de calidad inicial, se aplicó un método de integración de análisis kinetostático, el método de Lagrange y análisis de elementos finitos para evaluar y verificar la característica de calidad del escenario. El resultado experimental mostró que el error entre el método analítico y el método de EAF fue del 1.3%, lo cual fue relativamente pequeño y confiable para evaluar rápidamente la respuesta de calidad primaria del posicionador propuesto. A continuación, para mejorar las características de salida importantes del posicionador desarrollado, se utilizó el enfoque de integración del método de superficie de respuesta y el algoritmo NSGA-II para encontrar las variables de diseño óptimas. Finalmente, se fabricó un prototipo basado en el método de fresado CNC para validar los resultados del análisis experimental y de EAF. Los resultados obtenidos muestran que los resultados óptimos del factor de seguridad y del desplazamiento de salida fueron 2.4025 y 248.9 um. Además, los resultados de verificación de EAF fueron 2.4989 y 242.16 um, con errores para el factor de seguridad y el desplazamiento de salida entre el resultado óptimo y el resultado de EAF del 3.86% y 2.78%, respectivamente. Además, los resultados de simulación y experimentales de la primera frecuencia natural fueron 371.83 Hz y 329.59 Hz, respectivamente, y el error entre el resultado de EAF y el resultado experimental para la primera frecuencia natural fue del 11.36%. Además, los resultados obtenidos muestran que la relación entre el desplazamiento de entrada y el desplazamiento de salida del resultado experimental y el resultado de EAF de la estructura desarrollada logró una buena conexión lineal. Estos resultados sugieren que el posicionador propuesto será una estructura potencial empleada en sistemas de posicionamiento preciso y sistemas de posicionamiento de pruebas de nanoindentación para verificar el comportamiento de bioespecímenes.
Descripción
Se ha desarrollado un novedoso posicionador compacto de 2-DOF con el propósito de lograr buenas características como alta frecuencia natural, alto ratio de amplificación de desplazamiento, buen movimiento lineal y estructura compacta, basado en su estructura simétrica. Específicamente, se propone el escenario desarrollado de acuerdo con un amplificador de desplazamiento de seis palancas avanzado, dispuesto en un ángulo de inclinación de la barra rígida utilizando bisagras circulares y un mecanismo de guiado paralelo con bisagras de flexión integradas para alcanzar las características mencionadas y reducir el error de movilidad de desacoplamiento. Primero, para evaluar rápidamente la respuesta de calidad inicial, se aplicó un método de integración de análisis kinetostático, el método de Lagrange y análisis de elementos finitos para evaluar y verificar la característica de calidad del escenario. El resultado experimental mostró que el error entre el método analítico y el método de EAF fue del 1.3%, lo cual fue relativamente pequeño y confiable para evaluar rápidamente la respuesta de calidad primaria del posicionador propuesto. A continuación, para mejorar las características de salida importantes del posicionador desarrollado, se utilizó el enfoque de integración del método de superficie de respuesta y el algoritmo NSGA-II para encontrar las variables de diseño óptimas. Finalmente, se fabricó un prototipo basado en el método de fresado CNC para validar los resultados del análisis experimental y de EAF. Los resultados obtenidos muestran que los resultados óptimos del factor de seguridad y del desplazamiento de salida fueron 2.4025 y 248.9 um. Además, los resultados de verificación de EAF fueron 2.4989 y 242.16 um, con errores para el factor de seguridad y el desplazamiento de salida entre el resultado óptimo y el resultado de EAF del 3.86% y 2.78%, respectivamente. Además, los resultados de simulación y experimentales de la primera frecuencia natural fueron 371.83 Hz y 329.59 Hz, respectivamente, y el error entre el resultado de EAF y el resultado experimental para la primera frecuencia natural fue del 11.36%. Además, los resultados obtenidos muestran que la relación entre el desplazamiento de entrada y el desplazamiento de salida del resultado experimental y el resultado de EAF de la estructura desarrollada logró una buena conexión lineal. Estos resultados sugieren que el posicionador propuesto será una estructura potencial empleada en sistemas de posicionamiento preciso y sistemas de posicionamiento de pruebas de nanoindentación para verificar el comportamiento de bioespecímenes.