En mecánica clásica , un par cinemático es una conexión entre dos objetos físicos que impone restricciones a su movimiento relativo ( cinemática ). El ingeniero alemán Franz Reuleaux introdujo el par cinemático como un nuevo enfoque para el estudio de las máquinas [1] que supuso un avance respecto de la noción de elementos que consistían en máquinas simples . [2]
La cinemática es la rama de la mecánica clásica que describe el movimiento de puntos , cuerpos (objetos) y sistemas de cuerpos (grupos de objetos) sin tener en cuenta las causas del movimiento. [3] La cinemática como campo de estudio a menudo se denomina "geometría del movimiento". [4] Para más detalles, consulte Cinemática .
Hartenberg & Denavit [5] presenta la definición de un par cinemático:
En materia de conexiones entre cuerpos rígidos, Reuleaux reconoció dos tipos; los llamó pares superiores e inferiores (de elementos). En los pares superiores, los dos elementos están en contacto en un punto o a lo largo de una línea, como en un cojinete de bolas o en una leva y un seguidor de disco; los movimientos relativos de los puntos coincidentes son diferentes. Los pares inferiores son aquellos en los que se puede visualizar el contacto de área, como en las conexiones de pasador, crucetas , articulaciones esféricas y algunas otras; el movimiento relativo de los puntos coincidentes de los elementos, y por lo tanto de sus enlaces, son similares, y un intercambio de elementos de un enlace a otro no altera el movimiento relativo de las partes como lo haría con los pares superiores.
En cinemática, los dos objetos físicos conectados, formando un par cinemático, se denominan "cuerpos rígidos". En los estudios de mecanismos , manipuladores o robots , los dos objetos se denominan típicamente "eslabones".
Un par inferior es una junta ideal que limita el contacto entre una superficie en el cuerpo móvil y una correspondiente en el cuerpo fijo. Un par inferior es aquel en el que se produce un contacto superficial o de área entre dos miembros, por ejemplo, una tuerca y un tornillo, una junta universal utilizada para conectar dos ejes de hélice.
Casos de articulaciones inferiores:
En general, un par superior es una restricción que requiere que una curva o superficie en el cuerpo móvil mantenga contacto con una curva o superficie en el cuerpo fijo. Por ejemplo, el contacto entre una leva y su seguidor es un par superior llamado junta de leva . De manera similar, el contacto entre las curvas evolventes que forman los dientes engranados de dos engranajes son juntas de leva, al igual que una rueda que rueda sobre una superficie. Tiene un contacto puntual o lineal.
Un par envolvente/superior es una restricción que comprende correas , cadenas y otros dispositivos similares. Una polea accionada por correa es un ejemplo de este par. En este tipo de par, es muy similar al par superior (que tiene contacto puntual o lineal), pero tiene contacto puntual múltiple.
Los mecanismos, manipuladores o robots suelen estar compuestos de enlaces conectados entre sí por articulaciones. Los manipuladores en serie , como el robot SCARA , conectan una plataforma móvil a una base a través de una única cadena de enlaces y articulaciones. En robótica, la plataforma móvil se denomina "efector final". Varias cadenas en serie conectan la plataforma móvil a la base de los manipuladores paralelos , como el mecanismo de Gough-Stewart . Las cadenas en serie individuales de los manipuladores paralelos se denominan "extremidades" o "piernas". La topología se refiere a la disposición de los enlaces y las articulaciones que forman un manipulador o un robot. La notación de articulaciones es una forma conveniente de definir la topología de las articulaciones de los mecanismos, manipuladores o robots.
Las articulaciones se abrevian de la siguiente manera: prismática P, revoluta R , universal U , cilíndrica C , esférica S , paralelogramo Pa . Las articulaciones accionadas o activas se identifican mediante guiones bajos, es decir, P , R , U , C , S , Pa .
La notación de articulaciones especifica el tipo y orden de las articulaciones que forman un mecanismo. [6] Identifica las secuencias de articulaciones, comenzando desde la abreviatura de la primera articulación en la base hasta la última abreviatura en la plataforma móvil. Por ejemplo, la notación de articulaciones para el robot serial SCARA es RRP , indicando que está compuesto de dos articulaciones revolutivas activas RR seguidas de una articulación prismática P activa . Las articulaciones repetidas pueden resumirse por su número; de modo que la notación de articulaciones para el robot SCARA también puede escribirse 2 RP, por ejemplo. La notación de articulaciones para el mecanismo paralelo Gough-Stewart es 6-U P S o 6(U P S), indicando que está compuesto de seis extremidades seriales idénticas, cada una compuesta de una articulación universal U , prismática P activa y esférica S. Los paréntesis () encierran las articulaciones de las extremidades seriales individuales.