Un enfoque del razonamiento cualitativo aplicado a la síntesis conceptual de mecanismos a partir de dispositivos previos

Abstract

RESUMEN: En este trabajo presentamos un nuevo enfoque del razonamiento cualitativo aplicado a la síntesis conceptual de nuevos mecanismos basados en dispositivos previos. La idea es proporcionar una metodología donde el comportamiento general cualitativo (qualitative behavior) de un mecanismo o envisionment se discretice en estados cualitativos sin necesidad de implementación en un programa informático. Los estados cualitativos que representan movimientos relativos entre los componentes del mecanismo se expresan en un vector de movimiento. El conjunto de estos vectores forma una matriz de movimiento general representando el comportamiento general, su análisis proporciona información sobre la función del componente de cada mecanismo, los movimientos que ejecutan y las transiciones entre los movimientos. Con el uso de trinquetes como funciones de restricción, ciertos comportamientos subyacentes del mecanismo se aíslan de la matriz y se utilizan para generar diseños conceptuales de mecanismos que cumplen una nueva función. El desarrollo de la metodología se basa en un estudio de caso: un tren de engranajes diferencial ordinario se convierte en un mecanismo que transforma la rotación oscilatoria en rotación unidireccional. El comportamiento del diseño conceptual obtenido se visualiza en un diagrama vectorial y se compara con una simulación de SolidWorks del movimiento del mecanismo sintetizado y también se realiza un breve análisis dinámico de los principales estados cualitativos del comportamiento del mecanismo comparándolo con una simulación del software Mathematica. El análisis cualitativo desarrollado para trenes de engranajes se amplía para analizar los mecanismos eslabonados como una herramienta para ayudar a desarrollar nuevos diseños conceptuales, específicamente se presenta un caso de estudio del mecanismo de cuatro barras comparando las implicaciones de la ley de Grashof y su relación con el razonamiento cualitativo. ABSTRACT: In this work we present a new approach to qualitative reasoning of mechanisms applied to the conceptual synthesis of new mechanisms based on previous devices. The idea is to provide a methodology where the general qualitative behavior of a mechanism or envisionment is discretized in qualitative states without the need for implementation in a computer program. The qualitative states that represent relative movements between the components of the mechanism are expressed in a motion vector. The set of these vectors forms a general movement matrix representing the general behavior of the mechanism, its analysis provides information about the function of the component of each mechanism, the movements they execute and the transitions between the movements. With the use of ratchets as constraint functions, certain underlying behaviors of the mechanism are isolated from the matrix and used to generate conceptual designs of mechanisms that fulfill a new function. The development of the methodology is based on a case study: a train of ordinary differential gears becomes a mechanism that transforms oscillatory rotation into unidirectional rotation. The behavior of the conceptual design obtained is visualized in a vector diagram and compared with a SolidWorks simulation of the movement of the synthesized mechanism and also a brief dynamic analysis of the main qualitative states of the behavior of the mechanism is made comparing it with a Mathematica software simulation. The qualitative analysis developed for gear trains is extended to analyze the mechanisms as linkages as a tool to help develop new conceptual designs, specifically a case study of the four-bar mechanism is presented comparing the implications of Gasthof‟s law and its relationship with qualitative reasoning.