Soft Robotics: estudio y modelado de actuadores basados en la deformación de medios continuos y su aplicación práctica en el ámbito industrial

Abstract

En un mundo cuya industria está dominada por el uso materiales rígidos como el acero y elementos diseñados para no deformarse, este trabajo presenta una alternativa a la utilización de actuadores convencionales basada en la implementación de sistemas deformables. Reciben el nombre de FREEs, por sus siglas en inglés (Fiber Reinforced Elastomeric Enclosures), y su concepto se basa en distribuir familias de fibras de nylon o kevlar, formando hélices con una determinada orientación, alrededor de cilindros de material elastomérico en los que se introduce una cierta presión. Al aumentar el volumen del cilindro, la configuración de las fibras restringe la deformación del conjunto, consiguiendo movimientos de alargamiento, acortamiento, rotación, etc. Este tipo de comportamiento los hace idóneos para sustituir a los actuadores convencionales, ya que los materiales que lo forman tienen muy baja densidad en comparación con los utilizados actualmente, además de permitir un cierto grado de adaptabilidad y suavidad a la hora de interactuar con otros elementos. Este trabajo parte de analizar el estado actual de desarrollo en que se encuentra este tipo de sistemas, así como las distintas aplicaciones en las que se han utilizado hasta la fecha. En él, se realiza un estudio de comportamiento mediante software de simulación por elementos finitos (ANSYS) para comprobar su similitud con los modelos numéricos y verificar los resultados presentados en las investigaciones tomadas como referencia. Una vez confeccionado un modelo representativo de los actuadores reales y realizadas las simulaciones, se utilizan los datos recopilados para sustituir un actuador convencional en una determinada aplicación. El ejemplo de aplicación estudiado es el cilindro hidráulico utilizado en la parte posterior de algunas embarcaciones con motor fueraborda, y cuya función es la de actuar sobre el giro del este. En estos estudios no solo se realizan comprobaciones de fuerzas y magnitudes de desplazamiento, sino que también son de interés los valores de linealidad entre la presión que se introduce desde el volante y el desplazamiento de respuesta del motor.