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Diseño y fabricación de robots modulares blandos

Vergara Pulgar, Andrea Alejandra January 2015 (has links)
Ingeniera Civil Mecánica / El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un sistema robótico modular blando, acompañado de su respectiva caracterización técnica. El sistema se forma mediante la unión o conexión de varios módulos o unidades básicas iguales (sistema modular) y tiene la característica de que el material predominante sea resina elastomérica (robótica blanda), lo que brinda al sistema de flexibilidad en su estructura y las deformaciones que puede alcanzar. El diseño consiste en un cubo con una cámara interior vacía y cavidades en cada cara para el alojamiento de imanes, que actúan como sistema de acoplamiento entre módulos. La expansión se produce al inyectar aire comprimido a la cámara interna. Se simulan sistemas en el software VoxCad con características similares a las del diseño, con los cuales se puede apreciar la potencialidad que un sistema robótico modular blando posee: adaptabilidad de forma, flexibilidad de movimiento, alta resistencia a impacto, y la capacidad de prescindir de mecanismos complejos para su actuación. La fabricación se realiza por colada de una resina de silicona flexible y las piezas rígidas se producen por impresión 3D de tipo SLS. El método propuesto es sencillo y no requiere herramientas especiales. Los módulos resultan ser más resistentes de lo esperado, presentando fallas que muchas veces son fáciles de reparar y resistiendo expansiones de hasta diez veces su volumen inicial. Un módulo es capaz de soportar hasta ocho módulos conectados verticalmente y dos horizontalmente. La respuesta de los módulos al impulso es rápida, alcanzando el volumen final en 200 ms. La actuación en conjunto es similar a la simulada cualitativamente. La falla más común del sistema consiste en la desconexión de los módulos de las mangueras de aire a presión, lo que actúa como válvula de alivio del sistema evitando la rotura de los módulos. Como característica adicional se puede incluir la fácil reparación de los módulos luego de alguna rotura bajo ciertas condiciones como limpieza del módulo y tamaño reducido de la falla. Finalmente se estima que el costo en materiales de cada módulo es alrededor de US$ 5, sin contar costos de envío, de los moldes necesarios para la fabricación o la electrónica de control. El sistema posee características suficientes para formar estructuras simples y aprovecha las ventajas respectivas de la robótica blanda y modular. Además se identifican algunas mejoras posibles, destacando la degasificación de la resina para aumentar la resistencia de los módulos y la mejora del sistema de acoplamiento.
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Fabricación y caracterización de nuevo robot blando con morfología de un gusano

Ugalde Castro, Joakin Cristóbal January 2017 (has links)
Ingeniero Civil Mecánico / Un robot blando es una nueva clase de máquina que se caracteriza por estar conformado principalmente por materiales altamente deformables y blandos, como elastómeros. Estos robots pueden lograr tareas complejas mediante sistemas simples y de bajo costo. El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un robot blando similar a un gusano y en la implementación de control de lazo cerrado sobre este, utilizando sensores blandos que otorgan sentido táctil. La motivación de este trabajo es producir resultados de interés científico, dado que no existen precedentes de esto en la literatura. El robot desarrollado se inspira en el cuerpo de los gusanos terrestres y cuenta con dos tipos de músculos de acción neumática: uno de deformación preferente radial (ubicados como cabeza y cola) y otro axial (entre estos dos), los cuales imitan un metámero (segmento muscular) de un gusano y permiten desarrollar un movimiento peristáltico en cavidades mediante una ejecución coordinada. Los actuadores radiales se hinchan anclándose a las paredes y el actuador axial desplaza el cuerpo del robot. El robot está conformado principalmente por resina de silicona altamente deformable. Se utiliza un diseño de sensor blando resistivo para medir deformación, compuesto de una matriz de silicona y canales internos rellenos de metal líquido. La deformación de los canales genera un cambio en la resistencia al variar la geometría del conductor. Estos sensores se ubican en el manto del actuador radial junto con una banda estriada, de esta forma, además de medir deformación, la localización de la presión en las estrías cierra rápidamente los canales al ocurrir contacto, alzando la señal del sensor. Se fabrica una serie de sensores y actuadores blandos mediante moldes impresos en 3D. Estas componentes son ensambladas y caracterizadas en diversos ensayos, demostrando que efectivamente existe un cambio perceptible en la señal del sensor cuando el actuador radial se expande y hace contacto con las paredes internas de una cavidad, luego, el uso de la derivada de la señal permite la toma de decisiones. Se propone, diseña e implementa un sistema de control para el robot, utilizando un Arduino UNO como controlador, el cual recibe la señal acondicionada de estos sensores a través de un circuito de amplificación, y manipula un arreglo de transistores para la activación de compresores y válvulas del circuito neumático. El algoritmo de movimiento se programa mediante la definición de estados y condiciones de transición basadas en el uso de la derivada promedio y el tiempo transcurrido. Finalmente, el sistema completo se ensambla y se realizan pruebas de concepto, demostrando que el robot puede trepar verticalmente en un tubo circular de diámetro variable bajo un mismo controlador, e incluso en cavidades abiertas (como planos divergentes) e irregulares.
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Diseño y fabricación de robots modulares blandos heterogéneos

Valenzuela Coloma, Harold Rodrigo Marcos January 2019 (has links)
Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El presente trabajo para optar al título de magíster en ciencias de la ingeniería, mención mecánica radica en el diseño, fabricación y caracterización de una población heterogénea de robot modulares blandos. Cada robot modular es capaz de realizar un movimiento único y que en conjunto logran realizar tareas más complejas y complicadas. Cada diseño posee una característica propia la cual logra que el comportamiento de cada robot modular blando sea completamente diferente a otro. Principalmente se utiliza una fibra idealmente no extensible para impedir o guiar la expansión en ciertas direcciones logrando que el robot tenga la capacidad de rotar, de inclinar, de deslizar o de expandir en una dirección o en dos direcciones. Todos los robot modulares son simulados en un software de elementos finitos y dinámica de fluido computacional con las propiedades de un material tipo hiperelástico y un material idealmente inextensible, los cuales son sometidos a un procedimiento de presurización y despresurización controlado para observar su comportamiento e.g. su desplazamiento, deslizamiento o rotación. La fabricación de cada robot modular es realizado utilizando el método llamado litografía blanda, el cual se usa un tipo de elastómero que dentro de sus características se destacan su gran capacidad expansiva y su resistencia a la rotura. Esta silicona es depositada en moldes generadas por impresión 3D con el método llamado modelado por deposición fundida el cual es un proceso de fabricación utilizado para el modelado de prototipos y la producción a pequeña escala. Se ha realizado una comparación entre los datos adquiridos mediante las simulaciones y los datos empíricos obtenidos en base a las pruebas hechas de presurizado y despresurizado. Se adquieren el error estándar del comportamiento controlado que presenta cada módulo mediante su desviación estándar dividida por la raíz cuadrada del número de repeticiones. En esta tesis se ha podido concluir que la población de robots modulares blandos presenta un gran potencial para ser utilizados en variadas áreas de la investigación, gracias a su versatilidad para lograr diferentes configuraciones en su sistema logrando así una amplia gama de movimientos.

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