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Manipuladores paralelos cartesianos

En robótica, los manipuladores paralelos cartesianos son manipuladores que mueven una plataforma utilizando enlaces cinemáticos conectados en paralelo ('extremidades') alineados con un sistema de coordenadas cartesiano . Varias extremidades conectan la plataforma móvil a una base. Cada miembro es accionado por un actuador lineal y los actuadores lineales son mutuamente perpendiculares. El término "paralelo" aquí se refiere a la forma en que se unen los enlaces cinemáticos, no connota geométricamente paralelo ; es decir, líneas equidistantes.

Contexto

Generalmente, 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 cartesiano (llamado así en honor a René Descartes , quien introdujo la geometría analítica , la base matemática para controlar los 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 correspondientes a los ángulos de orientación . Los primeros  manipuladores se desarrollaron después de la Segunda Guerra Mundial para que el Laboratorio Nacional Argonne manipulara de forma remota y segura material altamente radiactivo . Los primeros manipuladores controlados numéricamente (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 en relación con un sistema de coordenadas cartesianas utilizando tres actuadores lineales mutuamente perpendiculares ( uniones P prismáticas ), con topología de unión (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 esférico , con topología de junta RRP compuesta por dos juntas R de revolución en serie con una junta P prismática . La mayoría de los robots industriales actuales son robots articulados compuestos por una cadena en serie de juntas R giratorias RRRRRR .

Descripción

Los manipuladores paralelos cartesianos 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 los hace fáciles de controlar. Además, los manipuladores cartesianos no cambian la orientación de la plataforma móvil. Lo más habitual es que los manipuladores cartesianos estén conectados en serie ; es decir, constan de una única cadena de enlace cinemático , es decir, el primer actuador lineal mueve al segundo y así sucesivamente. Los manipuladores paralelos cartesianos, por el contrario, están conectados en paralelo, es decir, constan de múltiples enlaces cinemáticos. Los manipuladores conectados en paralelo tienen ventajas innatas [2] en términos de rigidez, [3] precisión, [4] rendimiento dinámico [5] [6] y para soportar cargas pesadas. [7]

Configuraciones

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

familia multipteron

Los miembros de la familia de manipuladores Multipteron [8] tienen 3, 4, 5 o 6 grados de libertad (DoF). El miembro Tripteron 3-DoF tiene tres grados de libertad de traslación 3T DoF, y los miembros posteriores de la familia Multipteron agregan cada uno un grado de libertad R rotacional. Cada miembro de la familia tiene actuadores lineales mutuamente perpendiculares conectados a una base fija. La plataforma móvil normalmente está unida a los actuadores lineales a través de tres juntas R de revolución geométricamente paralelas. Consulte Par cinemático para obtener una descripción de la notación abreviada de juntas utilizada para describir configuraciones de manipuladores, como la junta R de revolución , por ejemplo.

Tripterón

Tripterón

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

Qudrupteron

cuadrupterón

El Qudrupteron 4-DoF [18] tiene 3T1R DoF con topología conjunta ( 3 P RRU) ( P RRR) .

pentáptero

El Pentateron 5-DoF [19] tiene 3T2R DoF con topología conjunta 5 ( P RRRR) .

hexápteron

El 6-DoF Hexapteron [20] tiene 3T3R DoF con topología de 6 juntas ( P CRS) , con juntas cilíndricas C y esféricas S.

isoglida

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

Xactuador

Xactuador

La familia de manipuladores cartesianos acoplados 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 en serie 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 de 5 ejes variax con máquinas herramienta convencionales de 3 y 5 ejes". Revista Internacional de Máquinas Herramienta y Fabricación . 43 (11): 1107-1116. doi :10.1016/s0890-6955(03)00119-6. ISSN  0890-6955.
  4. ^ "Control de vibraciones para fabricación de precisión mediante actuadores piezoeléctricos". Ingeniería de precisión . 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 dinámico de la trayectoria del robot paralelo delta". 2014 Conferencia Internacional de Ingeniería y Ciencias de la Computación (ICSEC) . IEEE. págs. 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, Clemente M.; Masouleh, Mehdi Cuento; Duchaine, Vicente; Richard, Pierre-Luc; Foucault, Simón; Kong, Xianwen (2007). "Mecanismos paralelos de la familia Multipteron: arquitecturas cinemáticas y evaluación comparativa". Actas de la Conferencia Internacional IEEE 2007 sobre Robótica y Automatización . 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 de EE. UU. n.º 6.729.202
  10. ^ Xianwen Kong, Clément M. Gosselin, Cinemática y análisis de singularidad de un nuevo tipo de manipulador paralelo traslacional 3-CRR 3-DOF, The International Journal of Robotics Research vol. 21, núm. 9, septiembre de 2002, págs. 791-7
  11. ^ Kong, Xianwen; Gosselin, Clément M. (2002), "Síntesis de tipos de manipuladores paralelos traslacionales lineales", Avances en cinemática de robots , Dordrecht: Springer Países Bajos, págs. 453–462, doi :10.1007/978-94-017-0657-5_48, ISBN 978-90-481-6054-9, recuperado el 14 de diciembre de 2020
  12. ^ Kim, Han Sung; Tsai, Lung-Wen (2002), "Evaluación de un manipulador paralelo cartesiano", Avances en cinemática de robots , Dordrecht: Springer Países Bajos, págs. 21-28, doi :10.1007/978-94-017-0657-5_3, ISBN 978-90-481-6054-9, recuperado el 14 de diciembre de 2020
  13. ^ Elkady, Ayssam; Elkobrosy, Galal; Hanna, Sarwat; Sobh, Tarek (1 de abril de 2008), "Modelado, control y simulación de manipuladores paralelos cartesianos", Manipuladores paralelos, hacia nuevas aplicaciones , Educación y publicaciones de I-Tech, doi : 10.5772/5435 , ISBN 978-3-902613-40-0
  14. ^ Wenger, P.; Chablat, D. (2000), "Análisis cinemático de una nueva máquina herramienta paralela: el ortoglido", Avances en cinemática de robots , Dordrecht: Springer Países Bajos, págs. 305–314, arXiv : 0707.3666 , doi :10.1007/978-94- 011-4120-8_32, ISBN 978-94-010-5803-2, S2CID  5485837 , consultado el 14 de diciembre de 2020
  15. ^ Chablat, D.; Wenger, P. (2003). "Optimización de la arquitectura de un mecanismo paralelo traslacional de 3 DOF para aplicaciones de mecanizado, el ortoglido". Transacciones IEEE sobre robótica y automatización . 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 de octubre de 2003). "Un manipulador de cubos paralelo traslacional de tres DoF". Robótica . 21 (6): 645–653. doi :10.1017/s0263574703005198. ISSN  0263-5747. S2CID  35529910.
  17. ^ Briot, S.; Bonev, IA (6 de enero de 2009). "Pantopteron: un nuevo robot paralelo traslacional 3DOF completamente desacoplado para aplicaciones de recogida y colocación". Revista de Mecanismos y Robótica . 1 (2). doi :10.1115/1.3046125. ISSN  1942-4302.
  18. ^ Gosselin, C (6 de enero de 2009). "Modelos dinámicos compactos para manipuladores paralelos tripterones y cuadrupterones". 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, Clemente M.; Masouleh, Mehdi Cuento; Duchaine, Vicente; Richard, Pierre-Luc; Foucault, Simón; Kong, Xianwen (2007). "Mecanismos paralelos de la familia Multipteron: arquitecturas cinemáticas y evaluación comparativa". Actas de la Conferencia Internacional IEEE 2007 sobre Robótica y Automatización . IEEE. págs. 555–560. doi :10.1109/robot.2007.363045. ISBN 978-1-4244-0602-9. S2CID  5755981.
  20. ^ Seward, Nicolás; Bonev, Ilian A. (2014). "Un nuevo robot paralelo de 6 grados de libertad con modelo cinemático simple". Conferencia Internacional IEEE 2014 sobre Robótica y Automatización (ICRA) . 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 isotrópicos mediante la teoría de transformaciones lineales". Revista Europea de Mecánica - A/Solids . 23 (6): 1021-1039. Código Bib : 2004EJMS...23.1021G. doi :10.1016/j.euromechsol.2004.08.006. ISSN  0997-7538.
  22. ^ Gogu, Grigore (2007). "Síntesis estructural de robots paralelos totalmente isotrópicos con movimientos de Schönflies mediante teoría de transformaciones lineales y morfología evolutiva". Revista Europea de Mecánica - A/Solids . 26 (2): 242–269. Código Bib : 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 Países Bajos, 2008, págs. 299–328, doi :10.1007/978-1-4020-5710-6_5, ISBN 978-1-4020-5102-9, recuperado el 14 de diciembre de 2020
  24. ^ Gogu, G. (2009). "Síntesis estructural de robots paralelos de tipo T3R2 máximamente regulares mediante la teoría de transformaciones lineales y morfología evolutiva". Robótica . 27 (1): 79-101. doi :10.1017/s0263574708004542. ISSN  0263-5747. S2CID  32809408.
  25. ^ Wiktor, Peter (2020). "Manipuladores cartesianos acoplados". Mecanismo y teoría de las máquinas . 161 : 103903. doi : 10.1016/j.mechmachtheory.2020.103903 . ISSN  0094-114X.