Mano Robótica – Análisis de Esfuerzos

En entradas anteriores hablaba sobre las diferentes consideraciones de diseño del prototipo de mano robótica, se abordó el diseño mecánico, el matemático y la simulación. En el momento de llevar el diseño al modelo real es necesario analizar el material en el que será construido, pues el desempeño varía en función de la dureza, flexibilidad, peso y otras características de dicho material; uno de los análisis que se hacen es el de esfuerzos, que mide la resistencia del material a las fuerzas que se puedan aplicar sobre él durante el funcionamiento normal.

Para esta tarea se usa el software Creo Parametric y su módulo de Análisis de Elementos Finitos; en el desarrollo del modelo dinámico se hallaron los valores de las fuerzas que experimentaban las piezas y articulaciones del prototipo, así que se escogen las dos piezas que reciben la mayor cantidad de fuerza para hacer en ellas el análisis de esfuerzos.

La primera pieza es la punta del dedo índice, está recibe la acción directa del objeto de prensión y hace parte de todos los tipos de prensión que puede efectuar el prototipo. Para iniciar el análisis se crean restricciones sobre la pieza, evitando que esta pueda desplazarse o rotar; luego se aplica la fuerza distribuida del valor calculado anteriormente (1N) y se corre el análisis de elementos finitos.

El resultado es un gráfico que muestra la deformación de la pieza cuando se aplica la fuerza, la deformación va desde 1000×10^-30 mm en la zona azul hasta 9278×10^-4 mm en la zona roja, es decir, la superficie sobre la que actúa la fuerza externa.

Otro resultado del análisis es un gráfico que muestra la distribución de la tensión de Von Mises, que indica la carga máxima que puede soportar un material, la menor tensión es de 8.6 N/m^2 en la zona azul y la máxima es de 163415.9 N/m^2 en la zona roja; con la tensión máxima y as propiedades físicas del material se calcula un factor de seguridad de 113,2.

La otra pieza analizada es la primera articulación del dedo indice, sobre esta pieza se aplican fuerzas de casi 2N durante todos los movimientos de prensión. En este el resultado del análisis muestra que la pieza sufre menor deformación que la punta del dedo, que va desde 1000×10^-30 en la zona azul, hasta 6983×10^-4 en la zona roja.

La gráfica de la distribución de la tensión de Von Mises para esta pieza, muestra que la tensión mínima es 8.7 N/m^2 en la zona azul y que la máxima tensión es de 56037.6 N/m^2 en la zona roja.

Con los resultados de este análisis se puede determinar que las fuerzas que se planean aplicar sobre el prototipo pueden ser soportadas por el mismo y que la probabilidad de fractura o falla del material el baja. Las próximas entradas serán sobre el sistema electrónico y el proceso de construcción.

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