Modelado, diseño y control de motores piezoeléctricos de onda viajerasu aplicación a manos protésicas y robóticas

Abstract

Este trabajo va dirigido al desarrollo de nuevas estrategias de modelado y metodología de diseño para Motores Piezoeléctricos de Onda Viajera (MPOV), que permitan mejorar sus desempeños y potenciar su aplicación en nuevas áreas. Su alta densidad de par y funcionamiento silencioso hacen a los MPOV especialmente atractivos en los campos de robótica y protésica. De allí que además, se ha estudiado y evaluado en esta tesis el desempeño de estos actuadores en lazos de control de velocidad y de fuerza, sometidos a las exigencias típicas de tareas de sujeción con manos artificiales. Se propone en este trabajo una nueva estrategia de modelado para el estator de los MPOV, la cual se basa en teorías de placas compuestas laminadas aplicadas a subdominios anulares y con la que se obtienen respuetas modales y forzadas más precisas que con los modelos de placas simples comúnmente usados. Por una parte, esta estrategia permite incorporar el efecto de las deformaciones cortantes e inercias rotatorias, la variación lineal del campo eléctrico en la cerámica piezoeléctrica, la dinámica de los dientes y las variaciones radiales del espesor. Y por otra parte, la solución aproximada de las ecuaciones resultantes, por medio del método de Ritz, hace posible resolver problemas de optimización paramétrica en tiempos relativamente cortos. Se presenta un modelo integral del MPOV que incluye el modelo del estator, un modelo de fundación viscoelástica para el interfaz de contacto y las ecuaciones dinámicas del rotor. La simulación y optimización del modelo completo son piezas fundamentales dentro de la metodología de diseño propuesta.