Metodología de Superficie de Respuesta para el Diseño Cinemático de Juntas Neumáticas Blandas: Una Aplicación a un Actuador de Cola de Escorpión Inspirado en la Biología
Autores: Antonelli, Michele Gabrio; Beomonte Zobel, Pierluigi; Stampone, Nicola
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Metodología de Superficie de Respuesta para el Diseño Cinemático de Juntas Neumáticas Blandas: Una Aplicación a un Actuador de Cola de Escorpión Inspirado en la Biología
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Robótica blanda
Actuadores
Neumática
Modelos analíticos
Inteligencia artificial
ángulo de flexión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
En la robótica blanda, los actuadores más utilizados son los actuadores neumáticos blandos debido a su simplicidad, rentabilidad y seguridad. Sin embargo, la actuación neumática también tiene desventajas debido a las fuertes no linealidades asociadas con el uso de un fluido compresible. La identificación de modelos analíticos es a menudo compleja, y se prefieren los análisis de elementos finitos para evaluar los estados de deformación y tensión, que son computacionalmente onerosos. Alternativamente, se pueden utilizar algoritmos de inteligencia artificial para seguir enfoques sin modelo y basados en datos para evitar la complejidad del modelado. En este trabajo, sin embargo, se adoptó la metodología de superficie de respuesta para identificar un modelo predictivo del ángulo de flexión para juntas neumáticas blandas a través de parámetros geométricos y funcionales. El plan factorial se programó en función del diseño del experimento, minimizando el número de pruebas necesarias y ahorrando materiales y tiempo. Finalmente, se propone una aplicación bioinspirada del modelo identificado mediante el diseño de las juntas blandas y la fabricación de un actuador que replica los movimientos de la cola del escorpión en posición de ataque. El modelo fue validado con dos refuerzos externos para lograr la misma deformación final a diferentes presiones de alimentación. Los errores absolutos promedio entre los ángulos de flexión predichos y experimentales para los refuerzos I y II permitieron verificar el modelo identificado.
Descripción
En la robótica blanda, los actuadores más utilizados son los actuadores neumáticos blandos debido a su simplicidad, rentabilidad y seguridad. Sin embargo, la actuación neumática también tiene desventajas debido a las fuertes no linealidades asociadas con el uso de un fluido compresible. La identificación de modelos analíticos es a menudo compleja, y se prefieren los análisis de elementos finitos para evaluar los estados de deformación y tensión, que son computacionalmente onerosos. Alternativamente, se pueden utilizar algoritmos de inteligencia artificial para seguir enfoques sin modelo y basados en datos para evitar la complejidad del modelado. En este trabajo, sin embargo, se adoptó la metodología de superficie de respuesta para identificar un modelo predictivo del ángulo de flexión para juntas neumáticas blandas a través de parámetros geométricos y funcionales. El plan factorial se programó en función del diseño del experimento, minimizando el número de pruebas necesarias y ahorrando materiales y tiempo. Finalmente, se propone una aplicación bioinspirada del modelo identificado mediante el diseño de las juntas blandas y la fabricación de un actuador que replica los movimientos de la cola del escorpión en posición de ataque. El modelo fue validado con dos refuerzos externos para lograr la misma deformación final a diferentes presiones de alimentación. Los errores absolutos promedio entre los ángulos de flexión predichos y experimentales para los refuerzos I y II permitieron verificar el modelo identificado.