Desarrollo de una Caja de Cambios Magnetorheológica Innovadora para el Control de Posicionamiento y Anti-Disturbio de un Brazo Robótico
Autores: Zhang, Yuyang; Sun, Shuaishuai; Deng, Lei; Wang, Guorui; Yu, Rui; Li, Weihua; Gong, Xinglong; Zhang, Shiwu; Du, Haiping; Yang, Jian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Desarrollo de una Caja de Cambios Magnetorheológica Innovadora para el Control de Posicionamiento y Anti-Disturbio de un Brazo Robótico
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Brazo robótico
Caja de engranajes MR
Precisión de posicionamiento
Amortiguación variable
Sobreimpulso
Consumo de energía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
El brazo robótico es un componente crítico de la fabricación industrial moderna. Sin embargo, su rendimiento en posicionamiento puede verse obstaculizado por el sobrepaso y la oscilación. Las perturbaciones externas, incluidas las colisiones o impactos con otros objetos, también pueden afectar su precisión y exactitud. Para resolver este problema, este trabajo integra un cojinete magnetorreológico (MR) compacto, que es capaz de alternar entre estados de bloqueo y desbloqueo utilizando el efecto MR, en la caja de engranajes del sistema de actuación del brazo robótico. Esta integración permite que la caja de engranajes (denominada caja de engranajes MR) exhiba características de amortiguamiento variable. Esta propiedad de amortiguamiento controlable jugará un papel importante en la mejora de la precisión de posicionamiento al ofrecer un amortiguamiento adicional. En este estudio, primero se diseñó y prototipó la caja de engranajes MR. Luego se realizó una prueba de caracterización para verificar su propiedad de amortiguamiento variable. Se utilizó el modelo clásico de Bouc-Wen para describir la caja de engranajes MR y luego se estableció un modelo matemático para todo el brazo robótico. Además, se propuso un nuevo método de control de amortiguamiento variable para mejorar aún más la precisión de posicionamiento y reducir el consumo de energía. A continuación, se evaluaron el posicionamiento y el rendimiento anti-perturbaciones del sistema de brazo robótico instalado con la caja de engranajes MR a través de simulaciones numéricas y pruebas experimentales. El resultado muestra que el brazo robótico bajo el nuevo método de control logra reducciones del 11.76% en el sobrepaso, del 14.73% en el tiempo de asentamiento y del 26.1% en el consumo de energía en comparación con el caso no controlado bajo la trayectoria escalonada, lo que indica una mejora en el rendimiento de posicionamiento.
Descripción
El brazo robótico es un componente crítico de la fabricación industrial moderna. Sin embargo, su rendimiento en posicionamiento puede verse obstaculizado por el sobrepaso y la oscilación. Las perturbaciones externas, incluidas las colisiones o impactos con otros objetos, también pueden afectar su precisión y exactitud. Para resolver este problema, este trabajo integra un cojinete magnetorreológico (MR) compacto, que es capaz de alternar entre estados de bloqueo y desbloqueo utilizando el efecto MR, en la caja de engranajes del sistema de actuación del brazo robótico. Esta integración permite que la caja de engranajes (denominada caja de engranajes MR) exhiba características de amortiguamiento variable. Esta propiedad de amortiguamiento controlable jugará un papel importante en la mejora de la precisión de posicionamiento al ofrecer un amortiguamiento adicional. En este estudio, primero se diseñó y prototipó la caja de engranajes MR. Luego se realizó una prueba de caracterización para verificar su propiedad de amortiguamiento variable. Se utilizó el modelo clásico de Bouc-Wen para describir la caja de engranajes MR y luego se estableció un modelo matemático para todo el brazo robótico. Además, se propuso un nuevo método de control de amortiguamiento variable para mejorar aún más la precisión de posicionamiento y reducir el consumo de energía. A continuación, se evaluaron el posicionamiento y el rendimiento anti-perturbaciones del sistema de brazo robótico instalado con la caja de engranajes MR a través de simulaciones numéricas y pruebas experimentales. El resultado muestra que el brazo robótico bajo el nuevo método de control logra reducciones del 11.76% en el sobrepaso, del 14.73% en el tiempo de asentamiento y del 26.1% en el consumo de energía en comparación con el caso no controlado bajo la trayectoria escalonada, lo que indica una mejora en el rendimiento de posicionamiento.