Desarrollo de método gráfico para síntesis de mecanismos empleando secuencias de vídeo.

Abstract

Los mecanismos constituyen una de las formas más fiables y económicas de reproducir un movimiento. Además, dependiendo de los materiales seleccionados, pueden elaborarse mecanismos relativamente compactos y ligeros lo que resulta muy beneficioso para ciertas aplicaciones.

Por ello, el objetivo de este proyecto es desarrollar una metodología sencilla e intuitiva para poder diseñar mecanismos de cuatro barras sin necesidad de amplios conocimientos acerca de la síntesis de mecanismos. La validez de este método se demuestra mediante un ejemplo de aplicación basado en la síntesis y análisis de un mecanismo que reproduzca un movimiento en particular. En concreto, un mecanismo que imite el movimiento de los pies de las personas subiendo las escaleras.

Esta metodología se desarrolla en tres pasos diferentes. En primer lugar, se sustituyen los datos de entrada para la síntesis por un vídeo del movimiento que se desee imitar, del que se extraen con el uso de Matlab los parámetros necesarios para proceder con la síntesis. En segundo lugar, se simplifica el proceso de diseño eliminando la necesidad de emplear bases de datos o elaborados procesos matemáticos. En su lugar, se utilizan distintos métodos gráficos con el uso del programa Math Illustrations para obtener un primer diseño del mecanismo. Por último, con el uso de SolidWorks, se diseña el mecanismo y se simula su movimiento para comprobar su correcto funcionamiento. Las partes diseñadas quedan listas para su impresión 3D y posterior montaje para comprobar su funcionamiento en el mundo real.

Esta metodología ha resultado ser una exitosa introducción a la síntesis de mecanismos ya que los resultados proporcionan una buena primera impresión de cómo va a funcionar el mecanismo que se pretende diseñar y permiten detectar y corregir posibles fallos antes de iniciar su construcción. Sin embargo, aunque los métodos empleados son fáciles de entender, aún requieren una fase de optimización ya que dependen en gran medida del criterio del diseñador.

Mechanisms are one of the most reliable, efficient and cost-effective ways to generate the desired motion. Furthermore, with appropriate materials selection, mechanisms can become lightweight and space-saving, resulting in very useful devices for certain applications.

Therefore, the aim of this project is to develop a simple and intuitive methodology to allow non-experts to design four-bar planar linkages to reproduce a particular movement without the need for extensive knowledge about the synthesis of mechanisms. The validity of this method is shown by the design and analysis of a mechanism for a particular motion: the imitation of human’s feet climbing stairs.

This methodology consists of three differentiated steps. First, it replaces the input data for the synthesis process with a video sequence of the motion desired to be reproduced. With the use of Matlab, the necessary parameters are extracted from this video to proceed with the synthesis. Second, it simplifies the design process by using simple graphics methods to get the qualitative synthesis of the linkage with the use of the program Math Illustrations. It eliminates the need for using complex databases or mathematical processes. Finally, with the use of SolidWorks, the mechanism can be designed, and its motion can be simulated to verify it, leaving the parts ready to 3D print and to assemble to test its working in the real world.

This methodology results to be a successful first approach to the synthesis of mechanisms since the results provide a first good impression of how the mechanism is going to work and allow to detect and correct possible failures before starting the manufacturing process. Besides, although the methods used are easy to understand, they still need further optimization as they highly depend on the designer’s criteria.