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Articulo de referencia

manipuladores paralelos cartesianos

En robótica, los manipuladores paralelos cartesianos son manipuladores que mueven una plataforma mediante enlaces cinemáticos conectados en paralelo (o «brazos») alineados con u...

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En robótica, los manipuladores paralelos cartesianos son manipuladores que mueven una plataforma mediante enlaces cinemáticos conectados en paralelo (o «brazos») alineados con un sistema de coordenadas cartesianas . Múltiples brazos conectan la plataforma móvil a una base. Cada brazo es accionado por un actuador lineal , y estos actuadores son perpendiculares entre sí. El término «paralelo» se refiere a la disposición de los enlaces cinemáticos, no a líneas geométricamente paralelas , es decir, equidistantes.

Contexto

En general, los manipuladores (también llamados robots o mecanismos ) son dispositivos mecánicos que posicionan y orientan objetos. La posición de un objeto en el espacio tridimensional (3D) se puede especificar mediante tres números X, Y, Z conocidos como coordenadas. En un sistema de coordenadas cartesianas (llamado así por René Descartes, quien introdujo la geometría analítica , la base matemática para el control de manipuladores), las coordenadas especifican distancias desde tres planos de referencia mutuamente perpendiculares. La orientación de un objeto en 3D se puede especificar mediante tres números adicionales que corresponden a los ángulos de orientación . Los primeros  manipuladores se desarrollaron después de la Segunda Guerra Mundial para el Laboratorio Nacional Argonne para manipular de forma segura material altamente radiactivo de forma remota . Los primeros manipuladores de control numérico (máquinas NC) fueron desarrollados por Parsons Corp. y el Laboratorio de Servomecanismos del MIT para aplicaciones de fresado . Estas máquinas posicionan una herramienta de corte con respecto a un sistema de coordenadas cartesianas mediante tres actuadores lineales mutuamente perpendiculares ( articulaciones prismáticas P ), con topología de articulación (PP)P . El primer robot industrial , [ 1 ] Unimate , fue inventado en la década de 1950. Sus ejes de control corresponden a un sistema de coordenadas esféricas , con una topología de articulación RRP compuesta por dos articulaciones de revolución R en serie con una articulación prismática P. La mayoría de los robots industriales actuales son robots articulados compuestos por una cadena serial de articulaciones de revolución R RRRRRR .

Descripción

Los manipuladores cartesianos paralelos se encuentran en la intersección de dos categorías más amplias de manipuladores: cartesianos y paralelos . Los manipuladores cartesianos son accionados por actuadores lineales mutuamente perpendiculares. Generalmente, tienen una correspondencia uno a uno entre las posiciones lineales de los actuadores y las coordenadas de posición X, Y, Z de la plataforma móvil, lo que facilita su control. Además, los manipuladores cartesianos no cambian la orientación de la plataforma móvil. Lo más común es que los manipuladores cartesianos estén conectados en serie ; es decir, constan de una única cadena de enlaces cinemáticos , donde el primer actuador lineal mueve al segundo, y así sucesivamente. Por otro lado, los manipuladores cartesianos paralelos están conectados en paralelo, es decir, constan de múltiples enlaces cinemáticos. Los manipuladores conectados en paralelo tienen ventajas inherentes [ 2 ] en términos de rigidez, [ 3 ] precisión, [ 4 ] rendimiento dinámico [ 5 ] [ 6 ] y en la capacidad de soportar cargas pesadas. [ 7 ]

Configuraciones

Aquí se resumen varios tipos de manipuladores paralelos cartesianos. Solo se incluyen mecanismos totalmente conectados en paralelo; es decir, aquellos que tienen el mismo número de brazos que grados de libertad de la plataforma móvil, con un único actuador por brazo.

Familia Multipteron

Los miembros de la familia de manipuladores Multipteron [ 8 ] tienen 3, 4, 5 o 6 grados de libertad (GDL). El miembro Tripteron de 3 GDL tiene tres grados de libertad de traslación (3T GDL), y los miembros subsiguientes de la familia Multipteron añaden un grado de libertad de rotación (R ). Cada miembro de la familia tiene actuadores lineales perpendiculares entre sí conectados a una base fija. La plataforma móvil se une típicamente a los actuadores lineales mediante tres articulaciones de revolución (R) geométricamente paralelas . Consulte la sección "Par cinemático" para obtener una descripción de la notación abreviada de articulaciones utilizada para describir configuraciones de manipuladores, como por ejemplo la articulación de revolución (R) .

Tripterón

Tripterón

El Tripteron de 3 grados de libertad [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ], miembro de la familia Multipteron, tiene tres cadenas cinemáticas conectadas en paralelo que consisten en un actuador lineal (articulación prismática activa P ) en serie con tres articulaciones de revolución R 3( P RRR ). Manipuladores similares, con tres brazos de paralelogramo Pa 3( PR PaR ), son el Orthoglide [ 14 ] [ 15 ] y el manipulador de cubo paralelo. [ 16 ] El Pantepteron [ 17 ] también es similar al Tripteron, con enlaces de pantógrafo para acelerar el movimiento de la plataforma.

Qudrupteron

Cuadrúperón

El cuadrúpedo de 4 grados de libertad [ 18 ] tiene 3 grados de libertad T1R con topología de articulación ( 3 P RRU)( P RRR) .

Pentapteron

El Pentateron de 5 grados de libertad [ 19 ] tiene 3 grados de libertad T2R con una topología de articulación 5( P RRRR) .

Hexapterón

El hexapterón de 6 grados de libertad [ 20 ] tiene 3T3R grados de libertad con una topología de articulación 6( P CRS) , con articulaciones cilíndricas C y esféricas S.

Isoglide

La familia Isoglide [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] incluye muchos manipuladores paralelos cartesianos diferentes de 2 a 6 grados de libertad.

Actuador X

Actuador X

La familia de manipuladores cartesianos acoplados de 4 DoF o 5 DoF [ 25 ] son ​​manipuladores paralelos cartesianos de tipo pórtico con 2T2R DoF o 3T2R DoF.

Referencias

  1. ↑ George C Devol, Transferencia programada de artículos, patente estadounidense 2988237, 13 de junio de 1961. 
  2. ↑ Z. Pandilov, V. Dukovski, Comparación de las características entre robots seriales y paralelos, Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering, Volumen 7, Número 1, Páginas 143-160
  3. ↑ Geldart, M; Webb, P; Larsson, H; Backstrom, M; Gindy, N; Rask, K (2003). "Una comparación directa del rendimiento de mecanizado de un centro de mecanizado cinético paralelo Variax de 5 ejes con máquinas herramienta convencionales de 3 y 5 ejes". International Journal of Machine Tools and Manufacture . 43 (11): 1107– 1116. doi : 10.1016/s0890-6955(03)00119-6 . ISSN 0890-6955 . 
  4. ↑ "Control de vibraciones para la fabricación de precisión mediante actuadores piezoeléctricos". Precision Engineering . 20 (2): 151. 1997. doi : 10.1016/s0141-6359(97)81235-4 . ISSN 0141-6359 . 
  5. ↑ R. Clavel, inventor, SA SovevaSwitzerland, cesionario. Dispositivo para el movimiento y posicionamiento de un elemento en el espacio, patente estadounidense número 4.976.582 (1990).
  6. ↑ Prempraneerach, Pradya (2014). "Espacio de trabajo del robot paralelo delta y seguimiento de trayectoria dinámica del robot paralelo delta" . Conferencia Internacional de Ciencias de la Computación e Ingeniería (ICSEC) de 2014. IEEE. pp. 469–474 . doi : 10.1109/icsec.2014.6978242 . ISBN  978-1-4799-4963-2. S2CID 14227646 . 
  7. ↑  Stewart D. Una plataforma con seis grados de libertad. Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos. 1965;180(1):371-386. doi:10.1243/PIME_PROC_1965_180_029_02  
  8. ↑ Gosselin, Clement M.; Masouleh, Mehdi Tale; Duchaine, Vincent; Richard, Pierre-Luc; Foucault, Simon; Kong, Xianwen (2007). «Mecanismos paralelos de la familia Multipteron: arquitecturas cinemáticas y evaluación comparativa» . Actas de la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 2007. IEEE. págs. 555–560 . doi : 10.1109/robot.2007.363045 . ISBN  978-1-4244-0602-9. S2CID 5755981 . 
  9. ↑ Gosselin, CM y Kong, X., 2004, "Manipuladores paralelos cartesianos", Patente estadounidense n.° 6,729,202
  10. ↑ Xianwen Kong, Clément M. Gosselin, Cinemática y análisis de singularidades de un nuevo tipo de manipulador paralelo traslacional 3-CRR de 3 grados de libertad, The International Journal of Robotics Research, vol. 21, n.º 9, septiembre de 2002, págs. 791-7
  11. ↑ Kong, Xianwen; Gosselin, Clément M. (2002), "Type Synthesis of Linear Translational Parallel Manipulators", Advances in Robot Kinematics , Dordrecht: Springer Netherlands, pp. 453–462 , doi : 10.1007/978-94-017-0657-5_48 , ISBN  978-90-481-6054-9
  12. ↑ Kim, Han Sung; Tsai, Lung-Wen (2002), "Evaluación de un manipulador paralelo cartesiano", Avances en cinemática robótica , Dordrecht: Springer Netherlands, pp. 21–28 , doi : 10.1007/978-94-017-0657-5_3 , ISBN  978-90-481-6054-9
  13. ↑ Elkady, Ayssam; Elkobrosy, Galal; Hanna, Sarwat; Sobh, Tarek (2008-04-01), "Modelado, control y simulación de manipuladores paralelos cartesianos", Manipuladores paralelos, hacia nuevas aplicaciones , I-Tech Education and Publishing, doi : 10.5772/5435 , ISBN 978-3-902613-40-0
  14. ↑ Wenger, P.; Chablat, D. (2000), "Análisis cinemático de una nueva máquina herramienta paralela: la Orthoglide", Advances in Robot Kinematics , Dordrecht: Springer Netherlands, pp. 305–314 , arXiv : 0707.3666 , doi : 10.1007/978-94-011-4120-8_32 , ISBN  978-94-010-5803-2, S2CID 5485837 
  15. ↑ Chablat, D.; Wenger, P. (2003). "Optimización de la arquitectura de un mecanismo paralelo traslacional de 3 GDL para aplicaciones de mecanizado, el orthoglide". IEEE Transactions on Robotics and Automation . 19 (3): 403– 410. arXiv : 0708.3381 . doi : 10.1109/tra.2003.810242 . ISSN 1042-296X . S2CID 3263909 .  
  16. ↑ Liu, Xin-Jun; Jeong, Jay il; Kim, Jongwon (24-10-2003). "Un manipulador de cubos paralelo con tres grados de libertad traslacionales". Robotica . 21 (6): 645– 653. doi : 10.1017/s0263574703005198 . ISSN 0263-5747 . S2CID 35529910 .  
  17. ↑ Briot, S.; Bonev, IA (2009-01-06). "Pantopteron: Un nuevo robot paralelo traslacional de 3 GDL totalmente desacoplado para aplicaciones de recogida y colocación". Journal of Mechanisms and Robotics . 1 (2). doi : 10.1115/1.3046125 . ISSN 1942-4302 . 
  18. ↑ Gosselin, C (2009-01-06). "Modelos dinámicos compactos para los manipuladores paralelos tripteron y quadrupteron". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte I: Revista de Ingeniería de Sistemas y Control . 223 (1): 1– 12. doi : 10.1243/09596518jsce605 . ISSN 0959-6518 . S2CID 61817314 .  
  19. ↑ Gosselin, Clement M.; Masouleh, Mehdi Tale; Duchaine, Vincent; Richard, Pierre-Luc; Foucault, Simon; Kong, Xianwen (2007). «Mecanismos paralelos de la familia Multipteron: arquitecturas cinemáticas y evaluación comparativa» . Actas de la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 2007. IEEE. págs. 555–560 . doi : 10.1109/robot.2007.363045 . ISBN  978-1-4244-0602-9. S2CID 5755981 . 
  20. ↑ Seward, Nicholas; Bonev, Ilian A. (2014). "Un nuevo robot paralelo de 6 grados de libertad con un modelo cinemático simple" . Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización (ICRA) de 2014. IEEE. págs. 4061–4066 . doi : 10.1109/icra.2014.6907449 . ISBN  978-1-4799-3685-4. S2CID 18895630 . 
  21. ↑ Gogu, Grigore (2004). "Síntesis estructural de robots paralelos traslacionales totalmente isótropos mediante la teoría de transformaciones lineales". European Journal of Mechanics - A/Solids . 23 (6): 1021– 1039. Bibcode : 2004EJMS...23.1021G . doi : 10.1016/j.euromechsol.2004.08.006 . ISSN 0997-7538 . 
  22. ↑ Gogu, Grigore (2007). "Síntesis estructural de robots paralelos totalmente isótropos con movimientos de Schönflies mediante la teoría de transformaciones lineales y morfología evolutiva". European Journal of Mechanics - A/Solids . 26 (2): 242– 269. Bibcode : 2007EJMS...26..242G . doi : 10.1016/j.euromechsol.2006.06.001 . ISSN 0997-7538 . 
  23. ↑ "Síntesis estructural" , Síntesis estructural de robots paralelos , Mecánica de sólidos y sus aplicaciones, vol. 149, Dordrecht: Springer Netherlands, 2008, pp. 299–328 , doi : 10.1007/978-1-4020-5710-6_5 , ISBN   978-1-4020-5102-9, consultado el 14 de diciembre de 2020
  24. ↑ Gogu, G. (2009). "Síntesis estructural de robots paralelos tipo T3R2 máximamente regulares mediante la teoría de transformaciones lineales y morfología evolutiva". Robotica . 27 (1): 79– 101. doi : 10.1017/s0263574708004542 . ISSN 0263-5747 . S2CID 32809408 .  
  25. ↑ Wiktor, Peter (2020). "Manipuladores cartesianos acoplados" . Mecanismo y teoría de máquinas . 161 103903. doi : 10.1016/j.mechmachtheory.2020.103903 . ISSN 0094-114X .