Piezoelectric Ultrasonic Micromotors

This report describes development of micro-fabricated piezoelectric ultrasonic motors and bulk-ceramic piezoelectric ultrasonic motors. Ultrasonic motors offer the advantage of low speed, high torque operation without the need for gears. They can be made compact and lightweight and provide a holding torque in the absence of applied power, due to the traveling wave frictional coupling mechanism between the rotor and the stator. This report covers modeling, simulation, fabrication and testing of ultrasonic motors. Design of experiments methods were also utilized to find optimal motor parameters. A suite of 8 mm diameter x 3 mm tall motors were machined for these studies and maximum stall torques as large as 10^(- 3) Nm, maximum no-load speeds of 1710 rpm and peak power outputs of 27 mW were realized. Aditionally, this report describes the implementation of a microfabricated ultrasonic motor using thin-film lead zirconate titanate. In a joint project with the Pennsylvania State University Materials Research Laboratory and MIT Lincoln Laboratory, 2 mm and 5 mm diameter stator structures were fabricated on 1 micron thick silicon nitride membranes. Small glass lenses placed down on top spun at 100-300 rpm with 4 V excitation at 90 kHz. The large power densities and stall torques of these piezoelectric ultrasonic motors offer tremendous promis for integrated machines: complete intelligent, electro-mechanical autonomous systems mass-produced in a single fabrication process.

Detecció, anàlisi de partícules provocades pel desgast en olis lubricant usats com a eina de manteniment de motors de combustió interna

A la física o a l’enginyeria es defineix com fregament o fricció a la resistència que s'oposa a la rotació o al lliscament d'un cos sobre un altre, o també a la força que apareix en la superfície de contacte de dos cossos quan s'intenta lliscar un sobre un altre. El fregament ha estat fins avui dia un gran problema físic, això és degut a que genera imperfeccions, especialment microscòpiques, entre les superfícies en contacte. Aleshores és quan apareix la tribologia. La tribologia és la ciència que estudia la fricció, el desgast i la lubricació de superfícies en contacte. El lliscament entre superfícies sòlides es caracteritza generalment per un alt coeficient de fricció i un gran desgast a causa de les propietats específiques de les superfícies. La lubricació consisteix en la introducció d'una capa intermèdia d'un material aliè entre les superfícies en moviment. En aquest projecte hem intentat aplicar tècniques i mètodes de control els quals puguin arribar a millorar i perfeccionar els sistemes de mesura i control a nivell industrial i/o particular. En el nostre cas ha estat l’estudi dels olis lubricants usats en motors de combustió interna de variats vehicles com motocicletes, automòbils, camions o vaixells. Hem introduït una millora d’automatització mitjançant un circuit pneumàtic al captador de partícules, hi hem introduït una tècnica per captar partícules a partir de filtres de membrana, hem estudiat les mostres i llurs ferrogrames i membranes amb la finalitat de detectar les anomalies dels motors. L’objectiu del treball és l’estudi del desgast originat en motors de combustió interna, majoritàriament, Dièsel de camions, automòbils i vaixells. Això, comprèn la captació de partícules en ferrografies, la seva observació i anàlisi en microscopi, la seva classificació, comparació i la detecció d’anomalies en els motors. Per altra banda, també s’aprofundirà en les tècniques d’anàlisi, la lubricació i manteniment dels motors i el nou disseny i validació d’un captador de partícules automatitzat

Estudi i aplicació de llibreries de física per a motors de videojocs

En el món dels videojocs el realisme és un punt molt important a tenir en compte ja que dónamés sensació a l’usuari d’estar immers en el videojoc. Això passa en part per aconseguir realisme en la dinàmica dels objectes i fer que aquests segueixin les lleis de la física de Newton. Per això s’han desenvolupat diverses llibreries que s’anomenen “motors de física” (physics engines), que empren variables com la massa, la velocitat, la fricció i la resistència del vent. Els objectius d’aquest projecte seran l’estudi de diferents llibreries físiques existents, la seva comparació i com s’integren en els motors de jocs. A més a més , la generació de contingut amb comportament que respongui a les funcions definides a aquestes llibreries no és trivial i per aquest motiu també es desenvoluparà una aplicació per generar murs de forma semiautomàtica que respongui a impactes. Per assolir aquests objectius caldrà: d’ una banda, comparar els cossos rígids, unions i funcionament en general de diferents llibreries físiques: Newton Game Dynamics, NVIDIA PhysX Technology, Open Dynamics Engine, Bullet Physics Library, Tokamak Physics Engine i Havok i d’ altra banda, implementar una aplicació que donant-li una imatge en planta d’una paret o conjunt de parets en format vectorial i les mides d’un maó, generi murs que puguin reaccionar de forma adequada quan rebin l’impacte d’una massa determinada. L’aplicació s’implementarà en C++ i amb l’entorn de desenvolupament Microsoft Visual Studio 2005. La visualització serà amb OpenGL

Elementos de competitividad para la general Motors Colmotores, en el marco del TLC Colombia - USA

el primer capitulo de esta monografía, se va a entender de una manera concisa cual es la dinámica de funcionamiento de la industria automotriz en general, teniendo en cuenta sus diversas facetas, como lo son el ensamblaje automotriz y algunos aspectos de cómo se maneja en negocio en el ámbito comercial y su importancia dentro de la economía de los estados. En el segundo capitulo se contextualizara e ubicara dentro de un ámbito regional, pasando por como se estructura a nivel de la Comunidad Andina de Naciones (CAN), hasta llegar al panorama local colombiano, enfocándose en la General Motors Colmotores, como la ensambladora mas fuerte del mercado Colombiano en la actualidad. En el tercer capitulo se establecerá cual es el marco jurídico que rige al sector automotriz, partiendo desde una perspectiva subregional, con el estudio del convenio automotor andino, el cual se convierte en el piso jurídico del sector en el marco del TLC Estados Unidos – Colombia. En el cuarto capitulo se estudiara el caso de éxito de de la industria automotriz mexicana, bajo el marco del TLC México- Estados Unidos, el cual sirvió como factor de consolidación para el sector. Por ultimo se darán las conclusiones del estudio del tema y se emitirán unas pequeñas recomendaciones.

Manipulación manual de cargas y presencia de lumbalgia en los trabajadores de desempaque armada en General Motors Colmotores

Trabajo de grado enfocado a determinar la asociaciónexistente entre manipulación manual de cargas y la presencia de lumbalgia entrabajadores de un área determinada en una empresa ensambladora devehículos. Se abordan temas como anatomía y biomecánica de la columnalumbar, levantamiento manual de carga, lumbalgia y factores que contribuyen ala presencia de esta, los cuales sirvieron de soporte teórico en este trabajo.Esta es una investigación de tipo descriptivo, la cual se desarrolló en tres fases:revisión teórica, trabajo de campo y análisis y procesamiento de la información;concluyendo que existe una asociación entre la manipulación manual de cargasy la presencia de lumbalgia en los trabajadores del área estudiada, teniendoademás como resultados adicionales que la lumbalgia tiene un origenmultifactorial y los factores psicosociales juegan un papel importante en lapresencia de esta.

Recerca de jocs motors tradicionals a Catalunya i arreu del món : joc i diversitat intercultural, a l'educació infantil, primària i secundària. 'Investigación de juegos motores tradicionales en Cataluña y de todo el mundo : juego y diversidad intercultural, en la educación infantil, primaria y secundaria'.

Se confecciona un repertorio de juegos motores tradicionales. La secuencia lógica que sigue es partir de la realidad más cercana e+ inmediata para acercarse a otras culturas más alejadas. Se pone de manifiesto el carácter transcultural, casi universal, de esta manifestación humana. El estudio ofrece cincuenta juegos motores tradicionales de Cataluña y de todo el mundo. Se refuerza la utilización del juego como recurso y fuente de aprendizaje, con la intencionalidad educativa que en la práctica lúdica ayude a establecer relaciones basadas en el respeto y la tolerancia, favoreciendo la integración escolar y social con los alumnos, sobre todo de la población escolar con necesidades educativas específicas.

Els motors : rotors, aleps i pistons. La interpretació : l'esperit crític. 'Los motores : rotores, alabes y pistones. La interpretación : el espíritu crítico'.

Crédito de Tecnología del módulo nueve sobre motores. Contiene un conjunto de actividades destinadas a ayudar al niño a comprender el concepto de motor y a entrar dentro del funcionamiento de los motores más comunes de nuestro entorno y sus aplicaciones. El crédito incluye material de ayuda para el alumno, destinado a cubrir más de la mitad de las actividades de aprendizaje propuestas en el tercer nivel de concreción. Se dan pautas generales para la evaluación.

Torque in mooring chain. Part 1: Background and theory

Chain in both its forms - common (or stud-less) and stud-link - has many engineering applications. It is widely used as a component in the moorings of offshore floating systems, where its ruggedness and corrosion resistance make it an attractive choice. Chain exhibits some interesting behaviour in that when straight and subject to an axial load it does not twist or generate any torque, but if twisted or loaded when in a twisted condition it behaves in a highly non-linear manner, with the torque dependent upon the level of twist and axial load. Clearly an understanding of the way in which chains may behave and interact with other mooring components (such as wire rope, which also exhibits coupling between axial load and generated torque) when they are in service is essential. However, the sizes of chain that are in use in offshore moorings (typical bar diameters are 75 mm and greater) are too large to allow easy testing. This paper, which is in two parts, aims to address the issues and considerations relevant to torque in mooring chain. The first part introduces a frictionless theory that predicts the resultant torques and 'lift' in the links as non-dimensionalized functions of the angle of twist. Fortran code is presented in an Appendix, which allows the reader to make use of the analysis. The second part of the paper presents results from experimental work on both stud-less (41 mm) and stud-link (20.5 and 56 mm) chains. Torsional data are presented in both 'constant twist' and 'constant load' forms, as well as considering the lift between the links.

Torque in mooring chain. Part 2: Experimental investigation

Chain is a commonly used component in offshore moorings where its ruggedness and corrosion resistance make it an attractive choice. Another attractive property is that a straight chain is inherently torque balanced. Having said this, if a chain is loaded in a twisted condition, or twisted when under load, it exhibits highly non-linear torsional behaviour. The consequences of this behaviour can cause handling difficulties or may compromise the integrity of the mooring system, and care must be taken to avoid problems for both the chain and any components to which it is connected. Even with knowledge of the potential problems, there will always be occasions where, despite the utmost care, twist is unavoidable. Thus it is important for the engineer to be able to determine the effects. A frictionless theory has been developed in Part 1 of the paper that may be used to predict the resultant torques and movement or 'lift' in the links as non-dimensional functions of the angle of twist. The present part of the paper describes a series of experiments undertaken on both studless and stud-link chain to allow comparison of this theoretical model with experimental data. Results are presented for the torsional response and link lift for 'constant twist' and 'constant load' type tests on chains of three different link sizes.

Predictive computed-torque control of a PUMA 560 manipulator robot

This paper describes the integration of constrained predictive control and computed-torque control, and its application on a six degree-of-freedom PUMA 560 manipulator arm. The real-time implementation was based on SIMULINK, with the predictive controller and the computed-torque control law implemented in the C programming language. The constrained predictive controller solved a quadratic programming problem at every sampling interval, which was as short as 10 ms, using a prediction horizon of 150 steps and an 18th order state space model.

Assessing wind profile effects on the global atmospheric torque

The impact of a new approach to the evaluation of surface gravity wave drag (GWD) is assessed. This approach uses linear theory, but incorporates the effects of wind profile shear and curvature, by means of a second-order WKB approximation. While the theory predicts the possibility of either drag enhancement or reduction, depending on the wind profile, results obtained with the ERA-40 reanalysis data clearly indicate the predominance of local drag enhancement. However, the global impact of shear on the atmospheric axial GWD torque comes mostly from regions with predominantly easterly flow, contributing to a slight reduction of the bias found in different studies of the global angular momentum budget. The relative correction due to shear on linear GWD is found not to depend too strongly on the levels chosen for the computation of the low-level wind derivatives.

Dual drive series actuator

Industrial robotic manipulators can be found in most factories today. Their tasks are accomplished through actively moving, placing and assembling parts. This movement is facilitated by actuators that apply a torque in response to a command signal. The presence of friction and possibly backlash have instigated the development of sophisticated compensation and control methods in order to achieve the desired performance may that be accurate motion tracking, fast movement or in fact contact with the environment. This thesis presents a dual drive actuator design that is capable of physically linearising friction and hence eliminating the need for complex compensation algorithms. A number of mathematical models are derived that allow for the simulation of the actuator dynamics. The actuator may be constructed using geared dc motors, in which case the benefits of torque magnification is retained whilst the increased non-linear friction effects are also linearised. An additional benefit of the actuator is the high quality, low latency output position signal provided by the differencing of the two drive positions. Due to this and the linearised nature of friction, the actuator is well suited for low velocity, stop-start applications, micro-manipulation and even in hard-contact tasks. There are, however, disadvantages to its design. When idle, the device uses power whilst many other, single drive actuators do not. Also the complexity of the models mean that parameterisation is difficult. Management of start-up conditions still pose a challenge.