Ingeniería Mecánica (Mag.)
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Item Development of methods for the synthesis of compliant mechanisms(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-01) Hermoza Llanos, Estefania Andrea; Rodríguez Hernández, Jorge AntonioEiner der am häufigsten verwendeten Mechanismen in Geräten und Maschinen ist die Viergelenkkette. Dieses Getriebe hat viele Verwendungsmöglichkeiten: Verriegelungszangen, Hebebühnen, Frontlader, Aufhängung von Fahrrädern usw. Alle diese Beispiele sind Starrkörpersysteme, jedoch gibt es heutzutage auch nachgiebige Mechanismen, die Festkörpergelenke statt der konventionellen Kopplungen (Stifte, Gleitgelenke, Schubgelenke usw.) verwenden. Diese nachgiebigen Mechanismen werden aufgrund ihres reproduzierbaren Bewegungsverhaltens meistens in der Präzisionstechnik eingesetzt. Sie erlauben nur kleine Verschiebungen, sind aber sehr genau. Außerdem bieten nachgiebige Mechanismen viele weitere Vorteile. Aus diesem Grund wird in dieser Masterarbeit die Entwicklung einer neuen Synthesemethode vorgestellt, um ausgehend von einem viergliedrigen Starrkörpermechanismus mit gegebenen Gliedlängen einen nachgiebigen Mechanismus mit vier blattfederartigen Festkörpergelenken mit variabler Gelenklänge zu erzeugen. Diese Methode basiert auf der linearen Theorie nach Castigliano, wobei auch die Maximalspannung berücksichtigt wird. Es wird ein Algorithmus entwickelt und die numerische Implementierung erfolgt in MATLAB mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI). Zu Beginn werden grundlegende Definitionen und der Ausgangszustand von Entwicklungen, die für diese Arbeit hilfreich sein können, vorgestellt. Daraufhin wird die Entwicklung der theoretischen Grundlage der Synthese basierend auf der linearen Theorie erläutert. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen untersuchten Fälle mit ihren jeweiligen Gleichungen dargestellt. Abschließend wird ein Vergleich zwischen der entwickelten Synthesemethode basierend auf der linearen Theorie und einem existierenden nichtlinearen Analyseansatz vorgestellt, um eine Verifikation für Beispielvarianten zu erhalten. Der Unterschied zwischen diesen beiden Ansätzen beträgt weniger als 0,5 %, wenn sich beide Modelle im Bereich kleiner Verformungen befinden. Daher kann das Modell in der Präzisionstechnik verwendet werden. Für zukünftige Forschungen kann der Algorithmus verbessert werden, um mehr Mechanismenmodelle zu entwickeln. Außerdem kann das Verfahren zum Lösen des Gleichungssystems verbessert werden, da die durchschnittliche Berechnungszeit einer Simulation im Bereich mehrerer Minuten liegt und damit vergleichsweise lang ist.Item A contribution to the investigation of the rolling movement of mobile robots based on tensegrity structures(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-05) Carrillo Li, Enrique Roberto; Rodríguez Hernández, Jorge Antonio; Böhm, Valter; Zimmermann, KlausDie vorliegende Arbeit hat ihren Ursprung in den Algorithmen und Ansätzen zur Analyse eines Roboters mit variabler Geometrie, der an der TU Ilmenau entwickelt wurde. Ein solcher Roboter hat einen anfangs zylindrischen Roboter in eine kegelstumpfförmige Geometrie umgewandelt, um um die vertikale Achse drehen zu können, die sich am Erzeugungspunkt eines solchen Kegels befindet. Die vorliegende Arbeit beginnt mit einer Einführung der Grundlagen für das Studium von Tensegrity- Strukturen; Später werden aus den variablen Parametern der geometrischen Beschreibung des Roboters die kinematischen Gleichungen von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für jeden Punkt der Geometrie des Roboters ausgewertet. In demselben Kapitel wird eine Alternative zum Vorhersagen der Bahn des Roboters unter Verwendung einer Klothoide vorgeschlagen. Diese Kurve hat den Zweck, Gleichungen der Bewegungsbahn des geometrischen Mittelpunkts des Roboters zu geben. In einem folgenden Kapitel werden die Steuerungsalgorithmen für die Abrollbewegung des Roboters sowie eine mögliche konstruktive Form vorgestellt, die zuvor für eine ähnliche Anwendung verwendet wurde. Im letzten Kapitel werden verschiedene Alternative von Materialien für die Herstellung des Roboterkörpers sowie die Grundlagen eines Ansatzes zur Bewertung gekrümmter Zugstrukturen vorgestellt. Darüber hinaus wird eine Berechnungsform für die spätere Entwicklung der endgültigen Geometrie des Roboters vorgeschlagen.Item Modelling, simulation and experimental verification of a wheeled-locomotion system based on omnidirectional wheels(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-12-01) Flores Álvarez, Pedro Alonso; Rodríguez Hernández, Jorge AntonioThe following work focuses on the kinematic and dynamic study of a four-wheeled robot, which is equipped with omnidirectional Mecanum wheels. The main objective of the thesis is to obtain a mathematical model from which both the kinematics and kinetics of the robot can be analyzed. Furthermore, the study presents a methodology to optimize the torques (and subsequent associated voltages) provided by each of the motors on the robot for a given trajectory. A system in which a non-powered trailer pulled by the robot is also analyzed at a kinematic level. In this stage, four different cases are considered. The construction of the trailer is also described on this work. In the first chapter, the global state of the art on analysis and control of omnidirectional robots (with focus on robots with Mecanum wheels) is presented. In the second chapter, the physical considerations for the general movement of the robot are analyzed, in order to derive the kinematic constrain equations of the locomotion system. The differential equation of motion is then derived using Lagrange-equations with multipliers. This chapter presents as well the kinematic analysis for a robot-trailer system. The third chapter describes the general process on the design of the trailer, including the rejected ideas for its construction. The fourth chapter focuses on verifying the final results of the design process, as well as tests to check the mobility of the system. Conclusions and future work are analyzed on the final part of the document, as well as the references and the acknowledgments to all the people involved in the project.Item Expresiones analíticas para determinar el límite de velocidad de vehículos en curvas y su aplicación en carreteras del Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-10-29) Pérez Ballón, Luis Vicente; Rodríguez Hernández, Jorge AntonioA partir del análisis mecánico teórico de la operación de un vehículo circulando en carreteras y/o curvas, este trabajo pretende definir las expresiones analíticas que relacionen las variables participantes y determinar los valores críticos de la velocidad de circulación para evitar el derrape (deslizamiento lateral) y/o evitar también el vuelco (volcadura). Para esto se identificarán las cargas actuantes sobre el vehículo (analizado como un sólido rígido); se presentarán las hipótesis y los puntos de partida para obtener esas expresiones analíticas y calcular la velocidad crítica de vuelco y la velocidad crítica de derrape a partir de las magnitudes, recomendadas para las carreteras del Perú, como son el radio mínimo de curvatura de la carretera, el coeficiente de fricción máximo con la pista y el peralte máximo aceptable, relacionadas con la velocidad de ingreso a una curva; se compararán esos valores teóricos, con las magnitudes presentadas y obtenidas a partir de las pruebas y ensayos experimentales mostradas y se concluirán y recomendarán los valores permisibles en la velocidad, para una operación del vehículo en curvas que presente seguridad para sus ocupantes. Los principales resultados obtenidos muestran una velocidad crítica de derrape que se encuentra en el intervalo de [20 ; 60](km h) mientras que para la velocidad crítica de vuelco se ubica en el intervalo de valores entre [42 ; 80](km h). Por otro lado, de los ensayos experimentales presentados se muestra que la velocidad de circulación máxima experimental en curvas es de 60 (km/h). Entre las conclusiones más importantes podemos afirmar que la velocidad de derrape y la velocidad de vuelco presentan expresiones análogas, pudiendo cambiar indistintamente la magnitud del coeficiente de fricción μ por la relación entre las magnitudes del Centro de Gravedad del sólido (l h) para obtener correspondientemente, la velocidad de derrape o la velocidad de vuelco. Además al comparar los intervalos obtenidos para la velocidad crítica de derrape y para la velocidad crítica de vuelco concluimos que el vehículo tenderá a derrapar antes que volcar y, en función de mantener la estabilidad del mismo y asegurar la integridad física de los pasajeros, concluimos que el valor máximo de ingreso a una curva sería de 60 (km h).