Modelo de un aerogenerador de baja potencia y bajo coste

En este trabajo se presenta un modelo dinámico, a implementar en un programa de simulación de mecanismos, del aerogenerador de baja potencia IT-PE-100 desarrollado por ITDG Practical Action. Con este modelo se obtiene una herramienta útil para el estudio de posibles mejoras en el diseño mecánico del aerogenerador que permitan mejorar su rendimiento energético y su confiabilidad. A partir de la fuerza del viento que actúa sobre el sistema, obtenida de un estudio aerodinámico, y de las características electromecánicas del generador eléctrico, el programa simula el comportamiento dinámico del aerogenerador. Así, variando los datos de partida, se obtiene el comportamiento del sistema para distintas condiciones de viento y de generación de electricidad. Actualmente el sistema de control aerodinámico del aerogenerador es efectivo y constructivamente muy simple pero presenta algunas características mecánicas a mejorar: el sistema de protección desaprovecha gran parte de la energía del viento y en especial en la franja de altas velocidades del viento y, con viento no constante, da lugar a oscilaciones y vibraciones no deseadas de la cola de orientación que comprometen la integridad del aerogenerador. Con la simulación del sistema se puede estudiar la influencia de los distintos parámetros que intervienen en su construcción así como el efecto de las mejoras que se proponganPeer ReviewedPostprint (published version

Teoria de màquines

Teoria de Màquines ha estat concebut com a llibre de text d'una assignatura que fa de pont entre la mecànica vectorial, que habitualment s'explica a primer curs o a segon en les escoles d'enginyeria, i les matèries de càlcul i disseny de màquines, que es treballen en cursos posteriors. Les eines i els procediments que s'hi presenten són aplicables a sistemes amb moviment general a l'espai, si bé la gran majoria d'exemples es plantegen sobre sistemes amb moviment pla. Es fa èmfasi especialment en el tractament analític per obtenir un model matemàtic adient. L'obra s'inicia amb una introducció als conceptes bàsics de la teoria de màquines i els mecanismes i després passa a l'estudi general de la cinemàtica dels sistemes mecànics, mitjançant un enfocament vectorial i analític. Els parells superiors i els engranatges són objecte de dos capítols independents. La dinàmica es presenta en quatre capítols: els dos primers són dedicats a l'estudi dels sistemes multisòlid (en un s'utilitzen els teoremes vectorials i en l'altre el mètode de les potències virtuals), a continuació s'estudien les resistències passives i s'introdueixen els mecanismes basats en el frec, i finalment s'analitza la transformació d'energia a les màquines i les seves implicacions.2a ed

Design of a patient-tailored active knee-ankle-foot orthosis to assist the gait of spinal cord injured subjects

—This paper presents the main design steps in the development of an active knee-ankle-foot orthosis (KAFO) conceived to assist the gait of incomplete spinal cord injured (SCI) subjects. The design approach is based on the idea of modifying the available passive orthoses by adding adaptable mechatronic modules at the joints. This approach has resulted in a prototype that has been tested on SCI patients. The design and control problems found and their adopted solutions are thoroughly described.Postprint (published version

Teoría de máquinas

Teoría de máquinas ha sido concebido como el libro de texto de una asignatura puente entre la mecánica vectorial, que habitualmente se imparte en primer o segundo curso en las escuelas de ingeniería, y las materias de cálculo y diseño de máquinas, que se estudian en cursos posteriores. Las herramientas y los procedimientos que se presentan son aplicables a sistemas con movimiento general en el espacio, aunque la gran mayoría de ejemplos se plantean sobre sistemas con movimiento plano. Se hace especial énfasis en el tratamiento analítico para obtener un modelo matemático adecuado. La obra se inicia con una introducción a los conceptos básicos de la teoría de máquinas y sus mecanismos, y posteriormente se realiza un estudio general de la cinemática de los sistemas mecánicos, desde un enfoque vectorial y analítico. Los pares superiores y los engranajes son objeto de dos capítulos independientes. La dinámica se presenta en cuatro capítulos: los dos primeros se dedican al estudio de los sistemas multisólido (en uno se utilizan los teoremas vectoriales y en el siguiente, el método de las potencias virtuales), a continuación se estudian las resistencias pasivas y se introducen los mecanismos basados en el rozamiento, y por último se analiza la transformación de energía en las máquinas y sus implicaciones.2a ed

Programa de desarrollo y diseminación de sistemas micro eólicos de generación de energía en países en desarrollo

Postprint (published version

Investigación aplicada en sistemas eòlicos de baja potencia

La estructura del sistema energético mundial es incompatible con el desarrollo sostenible, no sólo por los argumentos económicos y ambientales habitualmente esgrimidos en los debates, sino también por motivos sociales que raramente reciben consideración. En 2004, más de 2.500 millones de personas dependían de la biomasa tradicional para cocinar y calentarse y cerca de 1.600 millones no tenían acceso a la electricidad. El importante papel que juegan los sistemas energéticos en el desarrollo de los pueblos y en el diseño de un modelo de desarrollo sostenible ha sido ampliamente reconocido a nivel internacional. La reciente publicación Energy Services for the Millenium Development Goals estima que, para alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM), entre otras metas, es necesario “Dotar de acceso a los servicios energéticos modernos (en forma de potencia mecánica y electricidad) a nivel comunitario a todas las comunidades rurales”.Peer Reviewe

Impact of friction and gait parameters on the optimization of series elastic actuators for gait assistance

Elastic actuators feature increased energy efficiency and improved human-robot interaction compared to directly driven concepts for active orthoses and prostheses. Structure and parameters of the elastic actuation system are often designed via a model-based minimization of energy consumption based on gait data gained from healthy individuals. However, natural motion exhibits variability among individuals and may not consider requirements of persons using assistive devices. A parametric study is performed examining the impact of varying gait characteristics on the energy consumption and constraints of an optimized (clutchable) series elastic actuator of the knee joint. Furthermore, friction parameters are varied to analyze the impact on actuator constraints. Results of the parametric study indicate increased energy consumption for a slower cadence compared to the healthy gait data for both systems. The clutchable series elastic actuator is less impacted by constraints than the series elastic actuator. The utilized models are evaluated experimentally at a test bench, indicating good accordance to the measured energy consumption. The results highlight the interrelation of friction and gait parameters with energy consumption and actuator constraints and indicate that the optimization procedure for the actuator design requires detailed models of component efficiency as well as subject-specific gait characteristics.Postprint (author's final draft

Design, control and evaluation of a low-cost active orthosis for the gait of spinal cord injured subjects

Robotic gait training after spinal cord injury is of high priority to maximize independence and improve the living conditions of the patients. Current rehabilitation robots are expensive and heavy, and are generally found only in the clinical environment. To overcome these issues, we present the design of a low-cost, low-weight and personalized robotic orthosis for incomplete spinal cord injured subjects. The paper also presents a preliminary experimental evaluation of the assistive device on one subject with spinal cord injury that can control hip flexion to a certain extent, but lacks control of knee and ankle muscles. Results show that gait velocity, stride length and cadence of walking increased (24,11%, 7,41% and 15,56%, respectively) when wearing active orthoses compared to the case when the subject used the usual passive orthoses.Postprint (published version

Eines didàctiques multimèdia per a la capacitació en l’ús de programaris de simulació de mecanismes

La simulació i l’anàlisi de mecanismes és una eina molt important en el camp de l’enginyeria, especialment per al disseny mecànic. En el mercat, existeixen molts programes de simulació de mecanismes però generalment estan dirigits a la simulació a l’espai i presenten gran quantitat de possibilitats, amb la complexitat de funcionament que això comporta, la qual cosa fa que siguin de difícil aprenentatge amb la durada temporal d’una assignatura de grau. Aquest ajut ha permès introduir millores a un programari didàctic de simulació de mecanismes elaborat per membres del Departament d’Enginyeria Mecànica (PAM-Programa d’Anàlisi de Mecanismes). La versió definitiva del programari ha permès disposar d’una eina de suport a la docència de diverses assignatures de l’ETSEIB relacionades amb les màquines. Conjuntament amb aquest programari s’ha desenvolupat un curs interactiu que serveix per introduir l’alumnat en la simulació de mecanismes. El PAM ha estat emprat principalment en l’assignatura troncal Teoria de Màquines, però també en altres assignatures i projectes final de carrera. A més, es té constància del seu ús en d’altres universitats. Pel que fa al curs interactiu, s’ha emprat amb èxit en les pràctiques de Teoria de Màquines. El material és disponible via web a http://www.em.upc.edu/docencia/estudis_grau/ etseib/teoria_maquines

Design, control, and pilot study of a lightweight and modular robotic exoskeleton for walking assistance after spinal cord injury

Walking rehabilitation using exoskeletons is of high importance to maximize independence and improve the general well-being of spinal cord injured subjects. We present the design and control of a lightweight and modular robotic exoskeleton to assist walking in spinal cord injured subjects who can control hip flexion, but lack control of knee and ankle muscles. The developed prototype consists of two robotic orthoses, which are powered by a motor-harmonic drive actuation system that controls knee flexion–extension. This actuation module is assembled on standard passive orthoses. Regarding the control, the stance-to-swing transition is detected using two inertial measurement units mounted on the tibial supports, and then the corresponding motor performs a predefined flexion–extension cycle that is personalized to the specific patient’s motor function. The system is portable by means of a backpack that contains an embedded computer board, the motor drivers, and the battery. A preliminary biomechanical evaluation of the gait-assistive device used by a female patient with incomplete spinal cord injury at T11 is presented. Results show an increase of gait speed (+24.11%), stride length (+7.41%), and cadence (+15.56%) when wearing the robotic orthoses compared with the case with passive orthoses. Conversely, a decrease of lateral displacement of the center of mass (-19.31%) and step width (-13.37% right step, -8.81% left step) are also observed, indicating gain of balance. The biomechanical assessment also reports an overall increase of gait symmetry when wearing the developed assistive device.Peer ReviewedPostprint (published version