Imagen tridimensional del diseño de un actuador lineal híbrido neumático-electromagnético integrado asistido por computadora, un ejemplo de una realización de un actuador lineal híbrido de fusión. Observe que parte del modelo está dividido. Fuente: Universidad de Electrocomunicación
Al abordar un desafío fundamental en robótica, el profesor asociado Yoshihiro Nakata de la Universidad de Electrocomunicaciones en Japón y el investigador principal Tomoyuki Noda del Grupo de Investigación de Comunicaciones de Información Cerebral del Instituto Internacional para la Investigación de Telecomunicaciones Avanzadas han sido pioneros en tecnología para facilitar la integración de sistemas ejecutivos híbridos. Históricamente, la actuación híbrida, que combina dos actuadores que funcionan con principios diferentes para lograr la máxima eficiencia, ha sido difícil de incorporar en los robots debido a su complejidad.
Para resolver este problema, desarrollaron el concepto de “Fusion Hybrid Linear Actuator” (FHLA), un diseño que combina estructuras para convertir la energía de múltiples actuadores en fuerza al sintetizar estas fuerzas internamente como si vinieran de un solo actuador. Específicamente, se desarrolló un actuador que combina un cilindro neumático y un motor lineal de transmisión directa basado en este concepto de diseño, combinando de manera efectiva las ventajas de ambos sistemas al tiempo que reduce su área de superficie general.
Al comparar los errores cuadráticos medios de la fuerza aerodinámica, se investigaron tres condiciones: 1) PN (fuerza neumática + compensación sin fricción) Condición: la fuerza aerodinámica básica fue generada por la presión del aire. 2) PP (fuerza neumática + compensación de fricción por fuerza neumática) Condición: la fuerza aerodinámica base fue generada por la presión del aire y el controlador fue diseñado para compensar las desviaciones de la fuerza aerodinámica debido a la fricción cinética con fuerza neumática. 3) Condición PE (fuerza neumática + compensación de fricción de fuerza electromagnética) (actuación híbrida): la fuerza de empuje básica fue generada por la presión del aire, y el controlador fue diseñado para compensar las desviaciones de la fuerza de empuje causadas por la fricción cinética por la fuerza electromagnética. Se encontró que los errores cuadráticos medios en la condición PE son mucho más pequeños que en las otras dos condiciones. Fuente: Universidad de Electrocomunicación
Los resultados experimentales han demostrado que este actuador mejora significativamente la capacidad de mantener una fuerza aerodinámica constante en caso de perturbaciones de movimiento en una amplia gama de fuerzas, en comparación con los sistemas que utilizan solo aire o electricidad como fuente de energía. Esto sugiere un excelente rendimiento de control de fuerza en el punto de contacto, lo que ofrece una mejora significativa con respecto a los actuadores convencionales.
Como parte de esta investigación, el equipo no solo presentó un nuevo concepto de FHLA, sino que también discutió los requisitos de la estrategia de diseño y los procesos de optimización estructural, lo que representa un avance significativo en el campo. Este innovador estudio fue publicado en la revista Transacciones IEEE/ASME en Mecatrónicarepresentando un paso significativo hacia una robótica más versátil y eficiente en el futuro.
Más información:
Yoshihiro Nakata et al., Actuador lineal híbrido Fusion: concepto de inmunidad y evaluación, Transacciones IEEE/ASME en Mecatrónica (2023). DOI: 10.1109/TMECH.2023.3237725
Proporcionado por la Universidad de Electrocomunicación