En cinemática , un varillaje de cinco barras es un mecanismo con dos grados de libertad que se construye a partir de cinco eslabones que se conectan entre sí formando una cadena cerrada . Todos los eslabones están conectados entre sí mediante cinco uniones en serie formando un bucle. Uno de los eslabones es el suelo o base. [1] Esta configuración también se llama pantógrafo , [2] [3] sin embargo, no debe confundirse con el pantógrafo de varillaje copiador de paralelogramo .
El varillaje 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 engranajes de cinco barras. [1]
Cuando los motores controlados accionan el varillaje, todo el sistema (un mecanismo y sus actuadores) se convierte en un robot. [4] Esto generalmente se hace colocando dos servomotores (para controlar los dos grados de libertad) en las juntas A y B, controlando el ángulo de los enlaces L2 y L5. L1 es el enlace a tierra. En esta configuración, el punto final controlado o efector final es el punto D, donde el objetivo es controlar sus coordenadas xey en el plano en el que reside el enlace. Los ángulos theta 1 y theta 2 se pueden calcular en función de las coordenadas x,y del punto D usando funciones trigonométricas . Esta configuración robótica es un manipulador paralelo . Es un robot de configuración paralela ya que está compuesto por dos manipuladores en serie 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 total de inercia del varillaje y mejora la capacidad de retroceso para aplicaciones de retroalimentación háptica. Por otro lado, el espacio de trabajo alcanzado por el terminal 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 utilizado diferentes métodos para encontrar ambos. [2] Khalil y Abu Seif han realizado un modelado dinámico de esta configuración robótica, [5] formando ecuaciones de movimiento que relacionan los pares aplicados al motor con los ángulos en las articulaciones. El modelo supone que todos los eslabones son rígidos con centro de gravedad en sus centros y rigidez cero en todas las uniones.
Este enlace 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 novedoso mecanismo de dirección tipo Ackermann diseñado por Zhao et al. utilizó un varillaje de cinco barras en lugar del varillaje normal de cuatro barras. [7] Una prótesis de tobillo-pie de Dong et al. Se utilizó un mecanismo de resorte de cinco barras con engranajes para simular la rigidez y el comportamiento de amortiguación de un pie real. [1]