Diseño mecánico de dispositivos hápticos de gran espacio de trabajoaplicación al sector aeronáutico

Resumen

Diseño mecánico de dispositivos hapticos de gran espacio de trabajo: aplicación al sector aeronáutico RESUMEN: El presente trabajo forma parte de un proyecto multidisciplinar que engloba el desarrollo de hardware, software, algoritmos de control y comunicaciones de un sistema de realidad virtual, especialmente desarrollado para abordar estudios de mantenibilidad dentro de la industria aeronáutica. Concretamente el tema abordado por esta tesis es el estudio, diseño y construcción de un dispositivo háptico de gran espacio de trabajo.Se entiende por Háptica como aquella tecnología pluridisciplinar que se ocupa de la investigación, el desarrollo y la aplicación de los sistemas de comunicación entre el entorno y el hombre, a través del tacto activo de éste. Los estudios llevados a cabo dentro del contexto de esta tesis, están centrados en el diseño mecánico del manipulador, responsable de la restitución del sentido del tacto en una aplicación de la realidad virtual al mundo de la mantenibilidad. Se han estudiado las restricciones impuestas por el sentido del tacto y obtenido las principales reglas de diseño de dispositivos encargados de la restitución de la fuerza y el tacto para interactuar con entornos virtuales. La mecánica utilizada en el diseño de este tipo de manipuladores dista de la mecánica adoptada en los robots convencionales. Es por ello por lo que se han estudiado nuevos esquemas cinemáticos, nuevos accionamientos y nuevas transmisiones. Especial protagonismo han adquirido las transmisiones por cable, de las que se estudian en profundidad las de tipo rotativo y se presenta un nuevo diseño de tipo lineal. Se introduce una nueva topología cinemática de la que se estudian aspectos como la mínima fuerza garantízable, la reducción de la inercia aparente o su compensación gravitatoria. La forma y tamaño del espacio de trabajo, así como el nivel de fuerzas alcanzado, hacen posible la utilización del dispositivo en otros campos como el de la rehabilitación o el de los estudios ergonómicos. The research of this work is integrated in a multidisciplinary project, which covers different areas, like hardware design, software development and control algorithms of a virtual Reality system, especiany conceived for evaluating the maintainability of aircraft engines. The specific goals of this thesis are the conception, design and manufacture of a haptic interface with large workspace. Nowadays, the use of physical mock-ups is mandatory to evaluate the maintainability of the engine externals in the development stage. Due to the high cost of the physical mock-ups and to reduce the development times, it is important to develop virtual Reality systems to evaluate the maintainability of aircraft engines. Hapties is the science of applying tactile sensation to human interaction with computers. A haptic device is one that involves physical contact between the computer and the user. By using haptic devices, the user can not only feed information to the computer but can receive information from the computer in the form of a felt sensation on some part of the body. The haptic interface developed is floor-grounded force-feedback hardware, conceived for maintainability simulation in Aeronautics. It is designed and built to realistically simulate assembly-disassembly operations, as well as maintainability analysis by using virtual reality techniques without physical mock-ups. The system provides force feedback in three transitional degrees of freedom while three additional orientations are measured, but not actuated, by a special wrist. The basic workspace of the haptic interface occupies a cylindrical sector, which corresponds to a wide work area of a virtual 3D aircraft engine full-scale mock-up. In addition, this workspace can be placed in different positions to study ergonomics aspects of the simulated tasks. The haptic device presents special characteristics which extend its use to others applications where large force and workspace are required.