Síntesis de mecanismos de lámina emergente mediante el uso de derivada topológica

Abstract

Resumen. Los mecanismos flexibles de lamina emergente, o LEMs por sus siglas en ingles (Lamina Emergent Mechanisms), conforman un subgrupo de mecanismos flexibles que se caracterizan por que la geometría del mecanismo está contenida en un plano mientras que los desplazamientos de actuación son perpendiculares a dicho plano (conocidos como mecanismos ortoplanos). Poseen grandes ventajas tales como su capacidad de seres calables en tamaño-fácilmente aplicables a la micro-mecánica-, su alto grado de compacticidad y bajo costo de fabricación- son básicamente una lámina o placa que pueden ser fabricados mediante métodos de producción masivos como el estampado o corte por láser- y además, al ser mecanismos flexibles, carecen de juntas y por lo tanto de juego lo cual es una gran ventaja desde el punto de vista de la controlabilidad y la precisión. El diseño de estos dispositivos debe contemplar una multiplicidad de factores lo cual convierte a esta tarea en un gran desafío. En este trabajo se explora el diseño de estos dispositivos mediante optimización topológica. Se utilizan modelos lineales de placa para resolver las ecuaciones de estado y derivadas topológicas para guiar el proceso de optimización. Se presenta marco teórico y ejemplos.Abstract. Lamina emergent mechanisms (LEMs) belong to a compliant mechanism subgroup characte rized by the fact that these are planar devices and the actuation displacements are perpendicular to the mechanism plane. They possess great advantages such as size scalability, high compactness, low-cost manufacturability, and lack of backlash since they don’t have classical joints, which is beneficial for control and precision purposes. Several factors must be considered in the design of these devices which makes this task a very challenging one. This work explores the design of these devices employing topo logy optimization. Linear plate models are used to solve state equations and topological derivatives to guide the optimization process. Theoretical framework and examples are presented.