En ingeniería mecánica , un mecanismo dócil es un mecanismo flexible que logra la transmisión de fuerza y movimiento a través de la deformación elástica del cuerpo . Obtiene parte o la totalidad de su movimiento gracias a la flexibilidad relativa de sus miembros y no únicamente a las uniones de cuerpo rígido . Pueden ser estructuras monolíticas (de una sola pieza) o sin juntas. Algunos dispositivos comunes que utilizan mecanismos compatibles son los pestillos de mochila y los clips. Uno de los ejemplos más antiguos del uso de estructuras flexibles es el arco y la flecha . [1]
Los mecanismos compatibles generalmente se diseñan utilizando dos técnicas: [2]
El análisis cinemático se puede utilizar para diseñar un mecanismo compatible mediante la creación de un modelo de cuerpo pseudorígido del mecanismo. [1] En este modelo, los segmentos flexibles se modelan como eslabones rígidos conectados a juntas de revolución con resortes torsionales . Otras estructuras se pueden modelar como una combinación de eslabones rígidos, resortes y amortiguadores . [3] [4]
En este método, se utilizan métodos computacionales para la optimización topológica de la estructura. Se ingresan la carga esperada y el movimiento deseado y la transmisión de fuerza y el sistema se optimiza en cuanto a peso, precisión y tensiones mínimas . Los métodos más avanzados primero optimizan la configuración de enlace subyacente y luego optimizan la topología alrededor de esa configuración. [ cita necesaria ] Otras técnicas de optimización se centran en la optimización de la topología de las juntas de flexión tomando como entrada un mecanismo rígido y reemplazando todas las juntas rígidas con juntas de flexión optimizadas. [4] Para predecir el comportamiento de la estructura, se realiza un análisis de tensiones de elementos finitos para encontrar deformaciones y tensiones en toda la estructura.
Se están ideando otras técnicas para diseñar estos mecanismos. Los mecanismos flexibles fabricados en un plano que tienen movimiento que emerge de dicho plano se conocen como mecanismos emergentes de lámina .
Las estructuras compatibles a menudo se crean como una alternativa a mecanismos similares que utilizan múltiples partes. Hay dos ventajas principales al utilizar mecanismos compatibles:
La gama completa de un mecanismo depende del material y la geometría de la estructura; Debido a la naturaleza de las articulaciones de flexión, ningún mecanismo puramente dócil puede lograr un movimiento continuo como el que se encuentra en una articulación normal. Además, las fuerzas aplicadas por el mecanismo están limitadas a las cargas que los elementos estructurales pueden soportar sin fallar. Debido a la forma de las juntas de flexión, tienden a ser lugares de concentración de tensiones. Esto, combinado con el hecho de que los mecanismos tienden a realizar movimientos cíclicos o periódicos, puede causar fatiga y eventual falla de la estructura. Además, dado que parte o toda la energía de entrada se almacena en la estructura durante algún tiempo, no toda esta energía se libera como se desea. Sin embargo, esta puede ser una propiedad deseable para agregar amortiguación al sistema. [1]
Algunos de los usos más antiguos de estructuras flexibles se remontan a varios milenios. Uno de los ejemplos más antiguos es el arco y la flecha. Algunos diseños de catapultas también hacían uso de la flexibilidad del brazo para almacenar y liberar energía para lanzar el proyectil a distancias mayores. [1] Los mecanismos compatibles se utilizan en una variedad de campos, como estructuras adaptativas y dispositivos biomédicos. Se pueden utilizar mecanismos compatibles para crear mecanismos autoadaptativos , comúnmente utilizados para agarrar en robótica. [5] [6] Dado que los robots requieren alta precisión y tienen un alcance limitado, se ha realizado una extensa investigación sobre mecanismos robóticos compatibles. Los sistemas microelectromecánicos son una de las principales aplicaciones de los mecanismos compatibles. Estos sistemas se benefician de la falta de ensamblaje requerido y de la forma plana simple de la estructura que puede fabricarse fácilmente mediante fotolitografía . [7]
El accionamiento flexible o accionamiento resiliente , utilizado a menudo para acoplar un motor eléctrico a una máquina (por ejemplo, una bomba ), es un ejemplo. El propulsor consta de una "araña" de goma intercalada entre dos perros de metal . Una garra está fijada al eje del motor y la otra al eje de la bomba. La flexibilidad de la parte de goma compensa cualquier ligera desalineación entre el motor y la bomba. Véase porro de trapo y giubo . [ cita necesaria ]
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