Desarrollo de una técnica de síntesis óptima dimensional de mecanismos planos con juntas de rotación para generación de movimiento

Abstract

La síntesis dimensional de mecanismos es el primer paso en el diseño mecánico, tras la elección adecuada del mecanismo en la síntesis de tipo. La optimización dimensional se define a partir del diseño inicial del mecanismo, la técnica que se aborda para el diseño inicial del mecanismo es la síntesis grafica por curvas de acoplador como lo menciona (R. L. Norton, 2011). Este trabajo final de maestría se enfoca en el desarrollo de una técnica computacional para la obtención de la síntesis óptima dimensional de mecanismos planos con juntas de rotación, aplicando una formulación matemática eficiente. El desarrollo inicia con una búsqueda bibliográfica sistematizada de las metodologías existentes que aplican a la síntesis de mecanismos planos. Posteriormente se aplica la metodología de software para la obtención del diseño del algoritmo; esto se logra definiendo los requerimientos del cliente y dando más peso a los más relevantes. Luego se define la arquitectura individual para cada requerimiento unificándolos en una sola arquitectura general y llevando el algoritmo a un proceso de codificación e implementación en Matlab. Finalmente, se evalúan dos estudios de caso en la técnica computacional implementada: el primer estudio de caso es académico y consiste en un mecanismo de cuatro barras que emplea diez posiciones objetivo para la generación de movimiento, y el segundo estudio de caso es un mecanismo de cuatro barras para el avance de película, también para la generación de movimiento, empleando diecisiete posiciones objetivo. Los estudios de caso también se evalúan mediante la aplicación MotionGen. La técnica se evalúa con los algoritmos de optimización de Matlab, presentando criterios de optimalidad, convergencia, error relativo porcentual y el resultado óptimo del mecanismo (Texto tomado de la fuente).

Dimensional synthesis of mechanisms is the first step in mechanical design, following the appropriate selection of the mechanism in type synthesis. Dimensional optimization is defined based on the initial design of the mechanism, the technique addressed for the initial design of the mechanism is the graphic synthesis by coupler curves as mentioned by (R. L. Norton, 2011). This master's thesis focuses on the development of a computational technique for obtaining optimal dimensional synthesis of planar mechanisms with rotational joints, applying a efficient mathematical formulation that allows the addition of various parameters such as constraints, multi-objective functions, weight functions, among others. The development begins with a systematic literature search of existing methodologies applicable to planar mechanism synthesis. Subsequently, the software methodology is applied to obtain the algorithm design; this is achieved by defining customer requirements and giving more weight to the most relevant ones. Then, individual architecture is defined for each requirement, unifying them into a single general architecture and taking the algorithm through a coding and implementation process in Matlab. Finally, two case studies are evaluated in the implemented computational technique: the first case study is academic and consists of a four-bar mechanism that employs ten target positions for motion generation, and the second case study is a four-bar mechanism for film advancement, also for motion generation, employing seventeen target positions. The case studies are also evaluated using the MotionGen application. The technique is evaluated with Matlab optimization algorithms, presenting optimality criteria, convergence, relative percentage error, and the optimal result of the mechanism.