Etapas de flexión rectilínea de desplazamiento parasitario casi cero basadas en mecanismos paralelos planos acoplados n-RRR
Autores: Tissot-Daguette, Loïc; Vallat, Célestin; Nijenhuis, Marijn; Cosandier, Florent; Henein, Simon
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Etapas de flexión rectilínea de desplazamiento parasitario casi cero basadas en mecanismos paralelos planos acoplados n-RRR
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Basado en flexión
Ingeniería de precisión
Desplazamientos parasitarios
Rigidez de soporte
Rango de movimiento
Precisión de posicionamiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Las etapas lineales basadas en flexión se han vuelto prevalentes en la ingeniería de precisión; sin embargo, la mayoría de los diseños sufren de desplazamientos parasitarios que degradan la precisión de posicionamiento. Las soluciones convencionales para mitigar estos movimientos parasitarios a menudo comprometen la rigidez de soporte, reducen el rango de movimiento y aumentan la complejidad estructural. Este estudio presenta una nueva familia de etapas de movimiento rectilíneo basadas en flexión utilizando mecanismos paralelos planos acoplados n-RRR, logrando desplazamientos parasitarios extremadamente bajos mientras se abordan las limitaciones mencionadas anteriormente. Se seleccionan y analizan cuatro variantes de diseño a través de simulaciones por Método de Elementos Finitos (FEM), evaluando desplazamientos parasitarios, recorrido y rigidez de soporte. La configuración más precisa, una etapa rectilínea 4-RRR con cadenas cinemáticas acopladas a través de dos enlaces de Watt, exhibe un desplazamiento lateral menor de 0.258 um y una rotación parasitaria en el plano menor de 12.6 urad sobre un recorrido de 12 mm. La validación experimental utilizando un prototipo de POM confirma las altas propiedades de precisión de posicionamiento y rigidez de soporte. Además, se investiga un prototipo de silicio que incorpora vigas de pandeo precargadas térmicamente para reducir su rigidez translacional. Los resultados experimentales muestran una reducción de la rigidez translacional del 98% en la configuración monostable y del 112% en la configuración bistable (es decir, rigidez negativa), sin reducción de la rigidez de soporte. Estos resultados destacan el potencial de los mecanismos propuestos para una amplia gama de aplicaciones de precisión, ofreciendo una solución escalable y de alta precisión para sistemas de micro y nano posicionamiento.
Descripción
Las etapas lineales basadas en flexión se han vuelto prevalentes en la ingeniería de precisión; sin embargo, la mayoría de los diseños sufren de desplazamientos parasitarios que degradan la precisión de posicionamiento. Las soluciones convencionales para mitigar estos movimientos parasitarios a menudo comprometen la rigidez de soporte, reducen el rango de movimiento y aumentan la complejidad estructural. Este estudio presenta una nueva familia de etapas de movimiento rectilíneo basadas en flexión utilizando mecanismos paralelos planos acoplados n-RRR, logrando desplazamientos parasitarios extremadamente bajos mientras se abordan las limitaciones mencionadas anteriormente. Se seleccionan y analizan cuatro variantes de diseño a través de simulaciones por Método de Elementos Finitos (FEM), evaluando desplazamientos parasitarios, recorrido y rigidez de soporte. La configuración más precisa, una etapa rectilínea 4-RRR con cadenas cinemáticas acopladas a través de dos enlaces de Watt, exhibe un desplazamiento lateral menor de 0.258 um y una rotación parasitaria en el plano menor de 12.6 urad sobre un recorrido de 12 mm. La validación experimental utilizando un prototipo de POM confirma las altas propiedades de precisión de posicionamiento y rigidez de soporte. Además, se investiga un prototipo de silicio que incorpora vigas de pandeo precargadas térmicamente para reducir su rigidez translacional. Los resultados experimentales muestran una reducción de la rigidez translacional del 98% en la configuración monostable y del 112% en la configuración bistable (es decir, rigidez negativa), sin reducción de la rigidez de soporte. Estos resultados destacan el potencial de los mecanismos propuestos para una amplia gama de aplicaciones de precisión, ofreciendo una solución escalable y de alta precisión para sistemas de micro y nano posicionamiento.