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 ramas conectan la plataforma móvil a una base. Cada rama es impulsada por un actuador lineal y los actuadores lineales son mutuamente perpendiculares. El término "paralelo" aquí se refiere a la forma en que los enlaces cinemáticos se unen, no connota geométricamente paralelos ; 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 cartesianas (llamado así por René Descartes, quien introdujo la geometría analítica , la base matemática para controlar 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 el Laboratorio Nacional de Argonne para manipular de forma segura material altamente radiactivo de forma remota . Los primero numéricamente controlados manipuladores (máquinas NC) fueron desarrollados por Parsons Corp . y el Laboratorio de Servomecanismos del MIT , para aplicaciones de fresado . Estos posición máquinas de una herramienta de corte con relación a un sistema de coordenadas cartesianas usando tres actuadores lineales perpendiculares entre sí ( prismáticas P articulaciones ), con (PP) P topología conjunta . El primer robot industrial , [1] Unimate , se inventó en la década de 1950. Sus ejes de control corresponden a un sistema de coordenadas esféricas , con PVP topología conjunta compone de dos revolute R articulaciones en serie con un prismática P articulación. La mayoría de los robots industriales de hoy son robots articulados compuestos por una cadena en serie de juntas R revolutas 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 perpendiculares entre sí. Por lo general, 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. Más comúnmente, los manipuladores cartesianos están conectados en serie ; es decir, constan de una única cadena de enlace cinemático , es decir, el primer actuador lineal mueve el segundo y así sucesivamente. Por otro lado, los manipuladores paralelos cartesianos 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 en el soporte de cargas pesadas. [7]
Configuraciones
Aquí se resumen varios tipos de manipuladores paralelos cartesianos. Solo se incluyen los mecanismos completamente conectados en paralelo; es decir, los que tienen el mismo número de miembros que grados de libertad de la plataforma móvil, con un solo accionador 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 subsiguientes de la familia Multipteron cada uno agrega un grado de libertad R rotacional . Cada miembro de la familia tiene actuadores lineales mutuamente perpendiculares conectados a una base fija. La plataforma móvil está normalmente unida a los actuadores lineales a través de tres juntas R giratorias geométricamente paralelas . Consulte Par cinemático para obtener una descripción de la notación de juntas abreviada que se utiliza para describir las configuraciones del manipulador, como la junta revolucionaria R, por ejemplo.
Tripteron
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 giratorias 3 ( P RRR). Manipuladores similares, con tres ramas Pa de paralelogramo 3 ( 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
El Qudrupteron 4-DoF [18] tiene 3T1R DoF con topología conjunta ( 3 P RRU) ( P RRR) .
Pentapterón
El pentaterón 5-DoF [19] tiene 3T2R DoF con topología de articulación 5 ( P RRRR) .
Hexapteron
El Hexapteron 6-DoF [20] tiene 3T3R DoF con topología de juntas 6 ( P CRS) , con juntas C cilíndricas y S esféricas .
Isoglide
La familia Isoglide [21] [22] [23] [24] incluye muchos manipuladores paralelos cartesianos diferentes de 2-6 DoF.
Actuador
La familia de manipuladores cartesianos acoplados 4-DoF o 5-DoF [25] son manipuladores paralelos cartesianos tipo pórtico con 2T2R DoF o 3T2R DoF .
Referencias
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