Disegno di meccanismi articolati attraverso cerniere flessionali

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1 Presentazione generale dell attività svolta Disegno di meccanismi articolati attraverso cerniere flessionali Tutor: prof. Danilo Cambiaghi Studente: ing. 1 di 23

2 Introduzione Oggetto dello studio meccanismi compliant e meccanismi con cerniere flessionali definizione univoca??? 2 di 23

3 Fondamenti teorici Introduzione Schema definizione dei g.d.l. Applicazioni (scala mini) macchina di trazione per microdiffrattometro giunto cardanico meccanismo per LISA Applicazioni (scala micro) dispositivo MEMS per applicazioni ottiche modellizzazione 3 di 23

4 h b S. Henein, Conception des guidages flexibles, PPUR, Lausanne, 2001 Fondamenti teorici Articolazioni flessibili elementari (Henein) l lama: 3 g.d.l. b>10h, l>10h cerniera circolare: 3 g.d.l. soffietto: 5 g.d.l. filo: 5 g.d.l. Il grado di libertà è considerato vincolato se il rapporto tra rigidezze è almeno 100 membrana: 3 g.d.l. (con questa forma) barra di torsione: 1 g.d.l. (con la sezione corretta) 4 di 23

5 Fondamenti teorici Sistemi di guida ad 1 g.d.l. (Henein) S. Henein, Conception des guidages flexibles, PPUR, Lausanne, 2001 g. prismatico a 2 lame parallele g. prismatico iperstatico a 4 lame parallele g. rotoidale a 2 lame incrociate e separate g. rotoidale a 4 cerniere incrociate g. prismatico a 4 lame g. prismatico a 4 cerniere circolari Quanti g.d.l.? 1 volta iperstatico 1 g.d.l. g. rotoidale RCC a 2 lame g. rotoidale RCC a 4 cerniere g. rotoidale a 2 lame incrociate non separate g. rotoidale iperstatico 5 di 23

6 APPLICAZIONI IN SCALA MINI 6 di 23

7 BYDLO Macchina di trazione Carico: ± 100 N Corsa: ±2 mm area sensibile telecamera sistema di posizionamento collimatore portacampioni goniometro Microdiffractometero D-MAX Rapid Rigaku Laboratorio di Chimica per le Tecnologie (Università di Brescia) 7 di 23

8 Pseudo-rigid-body model Macchina di trazione Modellizzazione Verifica: elementi finiti Calcolo analitico della cedevolezza/rigidezza dell articolazione flessibile σ MAX =150 MPa σ MAX =180 MPa 8 di 23

9 Validazione e calibrazione di modelli Macchina di trazione test di fatica Modelli parziali test quasi-statico Materiale: Alluminio 7075 T651 compression test frequency test Load (N) test model Y/X test model displacement (mm) frequency (Hz) 9 di 23

10 Macchina di trazione Immagini posizione di montaggio (0 ) posizione per misure in trasmissione (150 ) la macchina Bydlo nel diffrattometro durante i test 10 di 23

11 Il primo test: la poliammide Macchina di trazione Prime misure (1) α 2 α 1 campione di poliammide prima del test La distribuzione di intensità lungo l anello di Debey per il picco a 2 è mostrata in funzione del carico y = x α 1 α R 2 2 = orientazione preferenziale lungo l asse della fibra Il cambiamento nell orientazione preferenziale indotto ldal carico meccanico è evidente FWHM in beta direction (deg) Load (N) 11 di 23

12 Il primo test: il rame Macchina di trazione Campione di rame prima dell applicazione del carico Prime misure (2) a) sigma (GP y = -2.86E+02x E-02 R 2 = 9.99E-01 s: imposta dal dispositivo e: calcolata dallo spostamento del picco ε Solo la porzione dell anello di Debye nel piano equatoriale per la riflessione 420 è stato considerato. E 420 =100 Gpa 12 di 23

13 robot a cinematica parallela a 3 g.d.l. Giunto cardanico rigidezza assiale L idea rigidezza assiale + rigidezza torsionale rigidezza torsionale 13 di 23

14 Pseudo-rigidbody model Verifica: elementi finiti Giunto cardanico La modellizzazione Calcolo analitico della cedevolezza/rigidezza dell articolazione flessibile 14 di 23

15 5 g.d.l.!!! Giunto cardanico Analisi con l approccio di Mr. Henein 2 g.d.l.!!! (Henein) S. Henein, Conception des guidages flexibles, PPUR, Lausanne, di 23

16 Specifica ESA: rotazione attorno un asse (1 g.d.l), SENZA ALCUN MOVIMENTO PARASSITA nel piano dello specchio PAAM LISA Concezione (Henein) Piezo inchworm Piezolegs 18 mm attuatore nominale (B) attuatore ridondante (A) 38 mm 16 di 23

17 Richiesta ESA: raddoppiare il pivot flessibile PAAM LISA Sviluppo il pivot diventa iperstatico Materiali CuBe C17200 TM04 Al T6 Ti-6Al-4V Volume: 40x60x60 mm 3 17 di 23

18 APPLICAZIONI IN SCALA MICRO 18 di 23

19 Tugon Versioni precedenti 19 di 23

20 Tugon IV generazione 20 di 23

21 Tugon Risultati 21 di 23

22 Conclusioni Attività di ricerca adozione dell approccio di Mr. Henein, consolidato dal periodo di studio trascorso presso lo CSEM: definizione dei g.d.l. di un articolazione flessibile, definizione di strutture a 1 g.d.l. definizione delle modalità di modellizzazione di un meccanismo con articolazioni flessibili approccio progettuale adottato: ampio spettro di applicazioni, con sperimentazione ampia raccolta di esempi di dispositivi basati su articolazioni flessibili 22 di 23

23 Ringraziamenti prof. Danilo Cambiaghi, ing. Valerio Villa, ing. Gabriele Baronio, ing. Stefano Uberti, ing. Riccardo Metraglia, prof. Emilio Chirone prof. Laura De Pero, prof. Elza Bontempi, personale del Laboratorio Chem4Tech e tutti i colleghi del Dipartimento di Ingegneria Meccanica ed Industriale CSEM di Neuchâtel Mr. Simon Henein, Mr. Jean-Marc Breguet, Mr. Peter Spanoudakis, Mr. Ivar Kjelberg, Mr. Philippe Schwabb, Mr. Laurent Giriens, Mr. Mario El-Kourry, Mr. Maurizio Tormen e tutti i colleghi della Sezione System Engineering dello CSEM 23 di 23