En cinemática , un mecanismo de cinco barras es un mecanismo con dos grados de libertad que se construye a partir de cinco eslabones que están conectados entre sí en una cadena cerrada . Todos los eslabones están conectados entre sí por cinco articulaciones en serie que forman un bucle. Uno de los eslabones es el suelo o base. [1] Esta configuración también se denomina pantógrafo , [2] [3] sin embargo, no debe confundirse con el pantógrafo de eslabón copiador de paralelogramo .
El mecanismo puede ser un mecanismo de un grado de libertad si dos engranajes están unidos a dos eslabones y se engranan entre sí, formando un mecanismo de cinco barras con engranajes. [1]
Cuando los motores controlados accionan el enlace, todo el sistema (un mecanismo y sus actuadores) se convierte en un robot. [4] Esto se hace generalmente colocando dos servomotores (para controlar los dos grados de libertad) en las articulaciones A y B, controlando el ángulo de los enlaces L2 y L5. L1 es el enlace conectado a tierra. En esta configuración, el punto final controlado o efector final es el punto D, donde el objetivo es controlar sus coordenadas x e y en el plano en el que reside el enlace. Los ángulos theta 1 y theta 2 se pueden calcular como una función de las coordenadas x,y del punto D utilizando funciones trigonométricas . Esta configuración robótica es un manipulador paralelo . Es un robot de configuración paralela ya que está compuesto por dos manipuladores seriales controlados conectados al punto final.
A diferencia de un manipulador en serie, esta configuración tiene la ventaja de tener ambos motores conectados a tierra en el enlace base. Como el motor puede ser bastante grande, esto reduce significativamente el momento de inercia total del enlace y mejora la capacidad de retroceso para aplicaciones de retroalimentación háptica. Por otro lado, el espacio de trabajo alcanzado por el punto final suele ser significativamente menor que el de un manipulador en serie.
Tanto la cinemática directa como la inversa de esta configuración robótica se pueden encontrar en ecuaciones de forma cerrada a través de relaciones geométricas. Campion y Hayward han realizado diferentes métodos para encontrar ambas. [2] Khalil y Abu Seif han realizado un modelado dinámico de esta configuración robótica, [5] formando una ecuación de movimiento que relaciona los pares aplicados al motor con los ángulos en las articulaciones. El modelo supone que todos los eslabones son rígidos con el centro de gravedad en sus centros y rigidez cero en todas las articulaciones.
Este mecanismo robótico se utiliza en muchos campos diferentes, desde prótesis hasta retroalimentación háptica. Este diseño se ha explorado en varios dispositivos de retroalimentación háptica para retroalimentación de fuerza general. [3] [2] También se ha utilizado en el juguete de dibujo automático WeDraw. [6] Un nuevo diseño de mecanismo de dirección de tipo Ackermann de Zhao et al. utilizó un mecanismo de cinco barras en lugar del mecanismo de cuatro barras habitual. [7] Un tobillo-pie protésico de Dong et al. utilizó un mecanismo de resorte de cinco barras con engranajes para simular la rigidez y el comportamiento de amortiguación de un pie real. [1]