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Adaptación del programa de control numérico EMC para el control de un manipulador paralelo y puesta en marcha del controlador
(2007) Plaza Puértolas, Aitor; Ros Ganuza, Javier; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
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Modelado simbólico para la simulación en tiempo real de sistemas multicuerpo
(2016) Plaza Puértolas, Aitor; Ros Ganuza, Javier; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
Esta tesis se sitúa dentro del contexto de los métodos simbólicos en la dinámica de sistemas multicuerpo y recoge la experiencia de 25 años en este contexto. La situación anterior a la tesis era la de una librería simbólica C++ que permitía plantear las ecuaciones dinámicas de la mecánica pero con ciertas limitaciones. La más importante posiblemente eran los grandes tiempos de ejecución para la generación de las ecuaciones del sistemas dinámico (código en C que luego se compila para obtener un ejecutable) que incluso para problemas simples podía tardar horas. Además, la exportación de las ecuaciones dinámicas no era óptima en el número de operaciones. El doctorando ha estado involucrado en diversos proyectos de investigación, en uno de ellos (el más demandante respecto a las ecuaciones dinámicas) se modelaba una locomotora de ferrocarril, que tardaba en general las ecuaciones dinámicas unos 8000s y se necesitaba MAPLE para optimizar las ecuaciones, ya que no eran muy óptimas. Después de la tesis el tiempo de generar las ecuaciones es 800s y el número de operaciones del código generado es el 50% y MAPLE no es necesario. Estas cifras son extrapolables a otros problemas. El estado del arte en multicuerpo simbólico son los trabajos de J.C. Samin y P. Fisette, al menos en lo que se refiere a publicaciones, aunque J. McPhee ha colaborado en la creación de MapleSym, que es un motor simbólico de renombre. Hay también otros trabajos como el sofware NewEuler 2C y 2M. Los más avanzados son los que utilizan formulaciones recursivas, pero están limitados por la implementación que ellos realizan en su software y por el tipo de coordenadas. En esta tesis doctoral se ha desarrollado un algebra de operadores y estructuras de datos de la dinámica que permiten la implementación de cualquier formalismo con cualquier tipo de coordenadas y obtener unas ecuaciones simbólicas muy óptimas. Con lo cual se eliminan las limitaciones del formalismo y del tipo de coordenadas. Esto presenta innumerables ventajas. Además, los tiempos computacionales y la calidad del código generado es similar al de estos que tomamos como referencia. Finalmente, se presenta un algoritmo que evitaría la aparición de expresiones susceptibles de simplificación trigonométrica, que es uno de los problemas más graves en la generación de ecuaciones simbólicas óptimas. Para ello, se propone un nuevo algebra de vectores, denominados extendidos, que pasa desapercibida al usuario, y que permitiría la generación de código más óptimo, más rápido y con menores recursos de memoria. Todos los demás algoritmos simbólicos existentes en un momento u otro requieren simplificar trigonométricamente si quieren obtener expresiones lo más óptimas posibles.
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Symbolic multibody methods for real-time simulation of railway vehicles
(Springer, 2018) Ros Ganuza, Javier; Plaza Puértolas, Aitor; Iriarte Goñi, Xabier; Pintor Borobia, Jesús María; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
In this work, recently developed state-of-the-art symbolic multibody methods are tested to accurately model a complex railway vehicle. The model is generated using a symbolic implementation of the principle of virtual power. Creep forces are modeled using a direct symbolic implementation of the standard linear Kalker model. No simplifications, such as base parameter reduction, partial-linearization or lookup tables for contact kinematics, are used. An Implicit–Explicit integration scheme is proposed to efficiently deal with the stiff creep dynamics. Real-time performance is achieved: the CPU time required for a very robust 1 ms integration time step is 203 µs.
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Dynamic considerations of heel-strike impact in human gait
(Springer, 2015) Ros Ganuza, Javier; Font-Llagunes, Josep M.; Plaza Puértolas, Aitor; Kövecses, József; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
Based on the impulsive-dynamics formulation, this article presents the analysis of different strategies to regulate the energy dissipation at the heel-strike event in the context of human locomotion. For this purpose, a seven-link 2D human-like multibody model based on anthropometric data is used. The model captures the most relevant dynamic and energetic aspects of the heel-strike event in the sagittal plane. The pre-impact mechanical state of the system, around which the analysis of the heel impact contribution to energy dissipation is performed, is defined based on published data. In the context of the proposed impulsive-dynamics framework, different realistic strategies that the subject can apply to modify the impact dynamics are proposed and analyzed, namely, the trailing ankle push-off, the torso configuration and the degree of joint blocking in the colliding leg. Detailed numerical analysis and discussions are presented to quantify the effects of the mentioned strategies.
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Inertia transfer concept based general method for the determination of the base inertial parameters
(Springer, 2015) Ros Ganuza, Javier; Plaza Puértolas, Aitor; Iriarte Goñi, Xabier; Aginaga García, Jokin; Ingeniería; Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC
This paper presents a new algorithm to obtain the symbolic expressions of any of the possible base inertial parameter sets of a multibody system. Based on the ¿inertia transfer concept¿, a procedure is proposed to write a system of equations from which the base parameters are obtained. This leads to an automatizable and general method to obtain these parameters symbolically. The method can also be used to determine base inertial parameters numerically, and it can be even more straightforward to implement and use than the standard numerical methods. An example is presented to illustrate in detail the application of the algorithm, and to compare its results with those of a standard numerical procedure. The symbolic base inertial parameters can be of interest in symbolic simplification of the dynamic equations for real-time applications, design optimization, dynamic parameter identification, model reduction, and in other fields.
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Kinematic design of a new four degree-of-freedom parallel robot for knee rehabilitation
(ASME, 2018) Aginaga García, Jokin; Iriarte Goñi, Xabier; Plaza Puértolas, Aitor; Mata, Vicente; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC
Rehabilitation robots are increasingly being developed in order to be used by injured people to perform exercise and training. As these exercises do not need wide range movements, some parallel robots with lower mobility architecture can be an ideal solution for this purpose. This paper presents the design of a new four degree-of-freedom (DOF) parallel robot for knee rehabilitation. The required four DOFs are two translations in a vertical plane and two rotations, one of them around an axis perpendicular to the vertical plane and the other one with respect to a vector normal to the instantaneous orientation of the mobile platform. These four DOFs are reached by means of two RPRR limbs and two UPS limbs linked to an articulated mobile platform with an internal DOF. Kinematics of the new mechanism are solved and the direct Jacobian is calculated. A singularity analysis is carried out and the gained DOFs of the direct singularities are calculated. Some of the singularities can be avoided by selecting suitable values of the geometric parameters of the robot. Moreover, among the found singularities, one of them can be used in order to fold up the mechanism for its transportation. It is concluded that the proposed mechanism reaches the desired output movements in order to carry out rehabilitation maneuvers in a singularity-free portion of its workspace.