Analysis of a cooling system for robotic joints using a computational fluid dynamics study - (:unkn) unknown (Editorial Tecnológica de Costa Rica (entidad editora), 2026)
Análisis de un sistema de enfriamiento para articulación robótica mediante un estudio de dinámica de fluidos computacional
The cooling system is one of the most important parts of a robot, a correct design allows it to increase its capacity while reducing the chances of a malfunction. In general, cooling systems for humanoid robots require special characteristics to not interfere with the optimal operation; aspects such as weight, size, materials, and positioning of this system are crucial for maximum efficiency. The current problem in this design is that the cooling system needs to maintain its power to perform tasks when lifting heavy weights without consequences such as reduced mobility of the joint, and therefore decrease the robot’s efficiency. In this paper, we studied, analyzed, and discarded existing options of electric motor actuators. Once the viable options were obtained, so we proceed to make a proper design, then was made a computational fluid dynamics study (CFD) to get heat extraction measurements as well as fluid velocity, essential to make the final decision, solving the initial problem.
El sistema de refrigeración es una de las partes más importantes de un robot, un correcto diseño le permite aumentar su capacidad a la vez que reduce las posibilidades de un mal funcionamiento. En general, los sistemas de refrigeración para robots humanoides requieren de características especiales para no interferir en su óptimo funcionamiento; aspectos como el peso, el tamaño, los materiales y el posicionamiento de este sistema son cruciales para lograr la máxima eficiencia. El problema actual en este diseño es que el sistema de enfriamiento necesita mantener su potencia para realizar tareas al levantar pesos pesados sin consecuencias como la reducción de la movilidad de la articulación, y por lo tanto disminuir la eficiencia del robot. En este trabajo estudiamos, analizamos y descartamos las opciones existentes de actuadores de motores eléctricos. Una vez que se obtuvieron las opciones viables, por lo que se procede a hacer un diseño adecuado, luego se realizó un estudio de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) para obtener las medidas de extracción de calor y la velocidad del fluido, esenciales para tomar la decisión final, resolviendo el problema inicial.
Keywords: Heat exchanger; cooling system; humanoid robot; fluid dynamic simulation; Intercambiador de calor; sistema de refrigeración; robot humanoide; termodinámica; simulación; dinámica de fluidos