Diseño y desarrollo de robots submarinos bio-inspirados

• Autores: Fausto Ramiro Cabrera Aguayo
• Directores de la Tesis: Claudio Rossi (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Ferre Pérez (presid.), Ramon Antonio Suarez Fernandez (secret.), José María Cogollor Delgado (voc.), Juan Jesús Roldán Gómez (voc.), Alberto Jardón Huete (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Automática y Robótica por la Universidad Politécnica de Madrid
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología e ingeniería mecánicas
      • Diseño de maquinas
    • Tecnología naval
      • Vehículos submarinos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • El trabajo de investigación se enfocó en el diseño e implementación de robots subacuáticos bioinspirados en peces, como principal aporte, el uso de actuadores no convencionales para los sistemas de propulsión y maniobra. En la primera sección se abordó la introducción y un estudio del estado del arte, se encontró que gran parte de la investigación en el área en un inicio se centró en el diseño mecánico y análisis dinámico de sistemas de propulsión, sobre todo, el estudio del movimiento de robots utilizando el cuerpo y la aleta caudal en función de su símil biológico, centrándose en el desarrollo de tipos de nado de robots con esta arquitectura. Por otra parte, se prestó especial interés a publicaciones que desarrollaron modelos matemáticos mediante un proceso analítico para después ser evaluado experimentalmente, mucha de esta documentación presenta resultados de aporte contundente en el área, pero siguen existiendo limitaciones para hoy en día observar en el campo a sistemas de estas características. De allí nació el interés por estudiar el aporte de aletas pectorales y caudales usando sistemas de actuación de bajo consumo de energía y con una afectación electromagnética mínima en el medio ambiente en el que se utilizarían estos robots al usar actuadores no convencionales. En la segunda sección se aborda el análisis de movimiento de robots bioinspirados y se da inicio de la etapa de prototipado, se implementaron 2 robots, el primero de ellos, un sistema con aleta caudal de propulsión caudal utilizando motores de corriente continua, el robot fue capaz de desplazarse en el agua con limitaciones constructivas, restringiendo su desplazamiento a giros hacia izquierda y derecha y avance al frente mediante un control remoto a radio frecuencia, este primer prototipo fue el punto de partida. En la siguiente subsección, se trabajó sobre la obtención de una representación matemática del funcionamiento de un robot pez con desplazamiento thuniform, mediante la identificación del sistema, la función de transferencia obtenida fue validada. En la tercera sección se desarrollaron prototipos de robots bioinspirados que analizaron el desempeño de la actuación de la aleta dorsal en la navegación, se establecieron escenarios de experimentación para determinar el aporte de la aleta en el desplazamiento, donde los resultados mostraron la eficacia del sistema, las aletas dorsales fueron controladas por motores de de y sistemas de transmisión mecánica. En la cuarta sección se aborda la implementación de robots de propulsión caudal y pectoral que utilizan actuadores en base a metales inteligentes NITINOL, se implemento una articulación de 2GDL que utilizó actuadores SMA (Shape Memory Alloy) comerciales, el robot logró desplazarse con muchas limitaciones por lo que se decidió en ese punto desarrollar actuadores dedicados, dando paso al sistema f n a l de la investigación desarrollada en la presente tesis, un robot de propulsión por aleta caudal y pectoral utilizando actuadores en base a NITINOL, el robot fue capaz de desplazarse, se evaluaron las limitaciones técnicas de manera experimental y se documentaron los resultados de cada una de las etapas.