Plataforma Stewart

Hexápodo durante la exposición " Army-2021 "

Una plataforma Stewart es un tipo de manipulador paralelo que cuenta con seis actuadores prismáticos , generalmente gatos hidráulicos o actuadores lineales eléctricos , unidos en pares a tres posiciones en la placa base de la plataforma, que se cruzan con tres puntos de montaje en una placa superior. Las 12 conexiones se realizan mediante juntas universales . Los dispositivos colocados en la placa superior pueden moverse en los seis grados de libertad en los que es posible moverse un cuerpo suspendido libremente: tres movimientos lineales x , y , z (lateral, longitudinal y vertical) y las tres rotaciones (cabeceo, balanceo y guiñada).

Las plataformas Stewart se conocen con varios nombres. En muchas aplicaciones, incluyendo simuladores de vuelo, se las suele denominar base de movimiento . ^{[ 1 ]} A veces se las llama plataforma de seis ejes o plataforma de 6 grados de libertad debido a sus posibles movimientos y, dado que estos se producen mediante la combinación de movimientos de múltiples actuadores, se las puede denominar plataforma de movimiento sinérgico , debido a la sinergia (interacción mutua) entre la forma en que se programan los actuadores. Debido a que el dispositivo tiene seis actuadores, en el uso común se las suele llamar hexápodo (seis patas), nombre que fue originalmente registrado como marca por Geodetic Technology ^{[ 2 ]} para las plataformas Stewart utilizadas en máquinas herramienta . ^{[ 3 ]}

Historia

Esta disposición especializada de seis gatos fue utilizada por primera vez por VE (Eric) Gough del Reino Unido y estuvo operativa en 1954, ^{[ 4 ]} el diseño fue posteriormente divulgado en un artículo de 1965 por D Stewart para la Institución de Ingenieros Mecánicos del Reino Unido . ^{[ 5 ]} En 1962, antes de la publicación del artículo de Stewart, el ingeniero estadounidense Klaus Cappel desarrolló de forma independiente el mismo hexápodo. Klaus patentó su diseño y lo licenció a las primeras empresas de simuladores de vuelo, y construyó los primeros simuladores de movimiento hexápodos octaédricos comerciales. ^{[ 6 ]}

Aunque el título Plataforma Stewart se usa comúnmente, algunos han propuesto que Plataforma Gough-Stewart es un nombre más apropiado porque la plataforma Stewart original tenía un diseño ligeramente diferente, ^{[ 7 ]} mientras que otros argumentan que se deben reconocer las contribuciones de los tres ingenieros. ^{[ 6 ]}

Actuación

Actuación lineal

En aplicaciones industriales, los actuadores lineales (hidráulicos o eléctricos) se utilizan normalmente por su solución cinemática inversa simple y única en forma cerrada, así como por su buena resistencia y aceleración.

Accionamiento rotatorio

Para la creación de prototipos y aplicaciones de bajo presupuesto, se suelen utilizar servomotores rotativos. También existe una solución analítica única para la cinemática inversa de actuadores rotativos, como demostró Robert Eisele. ^{[ 8 ]}

Aplicaciones

Las plataformas Stewart tienen aplicaciones en simuladores de vuelo, tecnología de máquinas herramienta, animatrónica , tecnología de grúas, investigación submarina, simulación de terremotos, rescate aire-mar, toros mecánicos , posicionamiento de antenas parabólicas, el telescopio hexápodo , robótica y cirugía ortopédica.

Simulación de vuelo

Una plataforma Stewart en uso por Lufthansa.

El diseño de la plataforma Stewart se utiliza ampliamente en simuladores de vuelo , particularmente en el simulador de vuelo completo que requiere los 6 grados de libertad. Esta aplicación fue desarrollada por Redifon , cuyos simuladores que la incorporaban estuvieron disponibles para los Boeing 707, Douglas DC-8, Sud Aviation Caravelle , Canadair CL-44 , Boeing 727 , Comet, Vickers Viscount , Vickers Vanguard , Convair CV 990 , Lockheed C-130 Hercules , Vickers VC10 y Fokker F-27 en 1962. ^{[ 9 ]}

En esta función, la carga útil consiste en una réplica de la cabina de mando y un sistema de visualización, normalmente de varios canales, para mostrar la escena visual del mundo exterior a la tripulación de la aeronave que está siendo entrenada.

Plataformas similares se utilizan en simuladores de conducción , normalmente montadas sobre grandes mesas XY para simular la aceleración a corto plazo. La aceleración a largo plazo se puede simular inclinando la plataforma, y un área de investigación activa es cómo combinar ambas.

Robogrúa

James S. Albus, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), desarrolló la Robocrane , en la que la plataforma cuelga de seis cables en lugar de estar sostenida por seis conectores.

La máquina de prueba de neumáticos de Eric Gough, que es una plataforma Stewart con gatos grandes.

IDSS

Los puertos de acoplamiento del Sistema Internacional de Acoplamiento (ISO) (y sus predecesores, como LIDS ) utilizan una plataforma Stewart para alinear los vehículos espaciales durante el proceso de acoplamiento.

CAREN

El entorno de rehabilitación asistida por computadora desarrollado por Motek Medical utiliza una plataforma Stewart junto con realidad virtual para realizar investigaciones biomecánicas y clínicas avanzadas. ^{[ 10 ]}

Marco espacial Taylor

El Dr. J. Charles Taylor utilizó la plataforma Stewart para desarrollar el Taylor Spatial Frame , ^{[ 11 ]} un fijador externo utilizado en cirugía ortopédica para la corrección de deformidades óseas y el tratamiento de fracturas complejas.

Ensayos mecánicos

Primera aplicación: Eric Gough era ingeniero automotriz y trabajaba en Fort Dunlop , la fábrica de neumáticos Dunlop en Birmingham , Inglaterra. ^{[ 12 ]} Desarrolló su "Máquina Universal de Prueba de Neumáticos" (también llamada "Equipo Universal") en la década de 1950 y su plataforma estaba operativa en 1954. ^{[ 4 ]} El equipo podía probar mecánicamente los neumáticos bajo cargas combinadas. El Dr. Gough murió en 1972, pero su equipo de prueba continuó utilizándose hasta finales de la década de 1980, cuando la fábrica fue cerrada y posteriormente demolida. Su equipo fue salvado y transportado al almacén del Museo de Ciencias de Londres en Wroughton, cerca de Swindon.
Aplicaciones recientes: el resurgimiento del interés por una máquina de ensayo mecánico basada en la plataforma Gough-Stewart ocurrió a mediados de la década de 1990. ^{[ 13 ]} A menudo se trata de aplicaciones biomédicas (por ejemplo, estudio de la columna vertebral ^{[ 14 ]} ) debido a la complejidad y la gran amplitud de los movimientos necesarios para reproducir el comportamiento humano o animal. Tales requisitos también se encuentran en el campo de la ingeniería civil para la simulación sísmica. Controladas por un algoritmo de medición cinemática de campo completo, estas máquinas también pueden usarse para estudiar fenómenos complejos en especímenes rígidos (por ejemplo, la propagación curva de una grieta a través de un bloque de hormigón ^{[ 15 ]} ) que requieren altas capacidades de carga y precisión de desplazamiento.

Compensación de movimiento

Transferencia de personal desde una construcción en alta mar mediante un sistema Ampelmann.

El sistema Ampelmann es una pasarela con compensación de movimiento que utiliza una plataforma Stewart. Esto permite el acceso desde un buque de suministro a la plataforma en movimiento a las construcciones marinas , incluso en condiciones de fuerte oleaje.

Véase también

Referencias

↑ Becerra-Vargas, Mauricio; Morgado Belo, Eduardo (2012). "Aplicación de la teoría H∞ a una base de movimiento de simulador de vuelo de 6 DOF" . Revista de la Sociedad Brasileña de Ciencias Mecánicas e Ingeniería . 34 (2): 193– 204. doi : 10.1590/S1678-58782012000200011 .
↑ Robots paralelos - Segunda edición de JP Merlet (pág. 48)
↑ Investigación Fraunhofer: Robot hexápodo para cirugía de columna.
1 2 Gough, VE (1956–1957). "Contribución a la discusión de artículos sobre investigación en estabilidad, control y rendimiento de neumáticos en automóviles". Proc. Auto Div. Inst. Mech. Eng. : 392– 394.
↑ Stewart, D. (1965–1966). "Una plataforma con seis grados de libertad". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos . 180 (1, No 15): 371– 386. doi : 10.1243/pime_proc_1965_180_029_02 .
^ Bonev , Ilian. "Los verdaderos orígenes de los robots paralelos" . Consultado el 24 de enero de 2020 .
↑ Lazard, D.; Merlet, J.-P. (1994). "La plataforma Stewart (verdadera) tiene 12 configuraciones". Actas de la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 1994. pág. 2160. doi : 10.1109/ROBOT.1994.350969 . ISBN 978-0-8186-5330-8. S2CID 6856967 .
↑ Robert Eisele (24 de febrero de 2019). "Cinemática inversa de una plataforma Stewart" . Recuperado el 25 de octubre de 2023 .
↑ "1962 | 1616 | Archivo de vuelos" . Archivado del original el 6 de marzo de 2016.
↑ Entorno de rehabilitación asistida por computadora (CAREN)
↑ "J. Charles Taylor, Doctor en Medicina"
↑ Tompkins, Eric (1981). La historia del neumático . Dunlop. págs. 86, 91. ISBN 978-0-903214-14-8.
↑ Michopoulos, John G.; Hermanson, John C.; Furukawa, Tomonari (2008). "Hacia la caracterización robótica de la respuesta constitutiva de materiales compuestos". Composite Structures . 86 ( 1– 3): 154– 164. doi : 10.1016/j.compstruct.2008.03.009 .
↑ Stokes, Ian A.; Gardner-Morse, Mack; Churchill, David; Laible, Jeffrey P. (2002). "Medición de una matriz de rigidez de segmento de movimiento espinal". Journal of Biomechanics . 35 (4): 517– 521. CiteSeerX 10.1.1.492.7636 . doi : 10.1016/s0021-9290(01)00221-4 . PMID 11934421 .
↑ Jailin, Clément; Carpiuc, Andreea; Kazymyrenko, Kyrylo; Poncelet, Martin; Leclerc, Hugo; Hild, François; Roux, Stéphane (2017). "Control de prueba híbrido virtual de grieta sinuosa" (PDF) . Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 102 : 239–256 . Bibcode : 2017JMPSo.102..239J . doi : 10.1016/j.jmps.2017.03.001 .

Lecturas adicionales

Bonev, IA, " Los verdaderos orígenes de los robots paralelos ", reseña en línea de ParalleMIC

Enlaces externos

Imagen del prototipo hexápodo octaédrico del NIST/Ingersoll.
Estructuras hexápodas para cirugía
Hexápodo para astronomía

[1] Becerra-Vargas, Mauricio; Morgado Belo, Eduardo (2012). "Aplicación de la teoría H∞ a una base de movimiento de simulador de vuelo de 6 DOF" . Revista de la Sociedad Brasileña de Ciencias Mecánicas e Ingeniería . 34 (2): 193– 204. doi : 10.1590/S1678-58782012000200011 .

[2] Robots paralelos - Segunda edición de JP Merlet (pág. 48)

[3] Investigación Fraunhofer: Robot hexápodo para cirugía de columna.

[Gough,_1956-4] 1 2 Gough, VE (1956–1957). "Contribución a la discusión de artículos sobre investigación en estabilidad, control y rendimiento de neumáticos en automóviles". Proc. Auto Div. Inst. Mech. Eng. : 392– 394.

[Stewart,_1965-5] Stewart, D. (1965–1966). "Una plataforma con seis grados de libertad". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos . 180 (1, No 15): 371– 386. doi : 10.1243/pime_proc_1965_180_029_02 .

[Bonev-6] Bonev , Ilian. "Los verdaderos orígenes de los robots paralelos" . Consultado el 24 de enero de 2020 .

[7] Lazard, D.; Merlet, J.-P. (1994). "La plataforma Stewart (verdadera) tiene 12 configuraciones". Actas de la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 1994. pág. 2160. doi : 10.1109/ROBOT.1994.350969 . ISBN 978-0-8186-5330-8. S2CID 6856967 .

[8] Robert Eisele (24 de febrero de 2019). "Cinemática inversa de una plataforma Stewart" . Recuperado el 25 de octubre de 2023 .

[9] "1962 | 1616 | Archivo de vuelos" . Archivado del original el 6 de marzo de 2016.

[10] Entorno de rehabilitación asistida por computadora (CAREN)

[11] "J. Charles Taylor, Doctor en Medicina"

[12] Tompkins, Eric (1981). La historia del neumático . Dunlop. págs. 86, 91. ISBN 978-0-903214-14-8.

[13] Michopoulos, John G.; Hermanson, John C.; Furukawa, Tomonari (2008). "Hacia la caracterización robótica de la respuesta constitutiva de materiales compuestos". Composite Structures . 86 ( 1– 3): 154– 164. doi : 10.1016/j.compstruct.2008.03.009 .

[14] Stokes, Ian A.; Gardner-Morse, Mack; Churchill, David; Laible, Jeffrey P. (2002). "Medición de una matriz de rigidez de segmento de movimiento espinal". Journal of Biomechanics . 35 (4): 517– 521. CiteSeerX 10.1.1.492.7636 . doi : 10.1016/s0021-9290(01)00221-4 . PMID 11934421 .

[15] Jailin, Clément; Carpiuc, Andreea; Kazymyrenko, Kyrylo; Poncelet, Martin; Leclerc, Hugo; Hild, François; Roux, Stéphane (2017). "Control de prueba híbrido virtual de grieta sinuosa" (PDF) . Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 102 : 239–256 . Bibcode : 2017JMPSo.102..239J . doi : 10.1016/j.jmps.2017.03.001 .

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