Formulaciones cinematicas y dinamicas para la simulacion en tiempo real de sistemas de solidos rigidos

Resumen

El objetivo de esta tesis ha sido el desarrollo de una nueva generacion de algoritmos para la simulacion cinematica y dinamica en tiempo real de sistemas mecanicos complejos. En el campo de los mecanismos, el termino simulacion en tiempo real implica que el tiempo de calculo requerido para determinar la evolucion del sistema debe ser inferior al intervalo de tiempo simulado. El interes de estas tecnicas de simulacion radica en que permiten la incorporacion de un operador humano (man-in-the-loop) o de determinados subsistemas fisicos (hardware-in-the-loop), como elementos integrantes del proceso de simulacion. La simulacion en tiempo real resulta de la conjuncion de algoritmos eficientes con un hardware suficientemente rapido. Los metodos desarrollados en esta tesis mejoran entre uno y dos ordenes de magnitud la eficiencia de los metodos actualmente utilizados y son capaces de alcanzar los objetivos planteados al ser implementados en computadores de bajo coste, como las modernas estaciones de trabajo risc, logrando que este tipo de simuladores este alcance de un amplio abanico de empresas e instituciones. Los algoritmos de simulacion de mecanismos actualmente utilizados se conocen como metodos globales y plantean las ecuaciones del movimiento de modo independiente de las caracteristicas topologicas del mecanismo analizado. Los algoritmos desarrollados en esta tesis pueden calificarse de metodos topologicos dado que basan su eficiencia en el aprovechamiento de la estructura topologica del mecanismo. Estos algoritmos se basan en el concepto de transformacion de velocidades, consistente en formular primero las ecuaciones del sistema en terminos de velocidades cartesianas y posteriormente proyectarlas sobre el subespacio definido por las coordenadas relativas. Esta transformacion es particularmente facil y eficiente en los mecanismos de cadena abierta. Si el sistema es de cadena cerrada, primeramente se transforma en uno de cad