Un eslabón de cinco barras es un mecanismo de 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 mediante cinco articulaciones en serie formando un bucle. Uno de los eslabones es el suelo o la base. [1] Esta configuración también se llama pantógrafo, [2] [3] sin embargo, no debe confundirse con el pantógrafo de enlace de copia de paralelogramo .
El varillaje puede ser un mecanismo de un solo 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]
Configuración robótica
Cuando los motores controlados accionan el enlace, 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 articulaciones 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. Esta configuración robótica es un manipulador paralelo . Es un robot de configuración en paralelo, 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 masivo, esto disminuye significativamente el momento total de inercia del enlace y mejora la capacidad de conducción hacia atrás para aplicaciones de retroalimentación háptica. Por otro lado, el espacio de trabajo al que llega el punto final suele ser significativamente más pequeño que el de un manipulador en serie.
Cinemática y dinámica
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 ambos. [2] El modelado dinámico de esta configuración robótica ha sido realizado por Khalil y Abu Seif, [5] formando ecuaciones de movimiento que relacionan los pares aplicados en el motor con los ángulos en las articulaciones. El modelo asume que todos los eslabones son rígidos con el centro de gravedad en sus centros y rigidez cero en todas las uniones.
Aplicaciones
Este enlace robótico se utiliza en muchos campos diferentes que van desde la prótesis hasta la retroalimentación háptica. Este diseño se ha explorado en varios dispositivos de retroalimentación háptica para la retroalimentación de fuerza general. [3] [2] También se ha utilizado en el juguete de dibujo automático WeDraw. [6] Un novedoso diseño de mecanismo de dirección tipo Ackermann de Zhao et. Alabama. utilizó un varillaje de cinco barras en lugar del varillaje normal de cuatro barras. [7] Una prótesis de tobillo-pie de Dong et. Alabama. utilizó un mecanismo de resorte de cinco barras con engranajes para simular la rigidez y el comportamiento de amortiguación de un pie real. [1]
Referencias
- ^ a b c Dong, Dianbiao, et al. "Diseño y optimización de una prótesis motorizada de tobillo-pie mediante un mecanismo de resorte de cinco barras con engranajes" . Revista Internacional de Sistemas Robóticos Avanzados 14.3 (2017): 1729881417704545. p. 3.
- ^ a b c Campion, Gianni. " El Pantógrafo Mk-II: un instrumento háptico. " La síntesis de texturas hápticas tridimensionales: geometría, control y psicofísica. Springer, Londres, 2005. 45-58.
- ^ a b Yeh, Xiyang. "Dispositivo háptico pantógrafo 2-DOF para fines educativos generales" . Haptics colaborativos y robótica en el laboratorio de medicina de la Universidad de Stanford . Consultado el 1 de junio de 2020 .
- ^ Él, Dong; Zhihong Sun; y WJ Zhang. " Una nota sobre cinemática inversa de robots de actuación híbridos para problemas de diseño de ruta ". ASME 2011 Congreso y Exposición Internacional de Ingeniería Mecánica. Colección digital de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, 2011.
- ^ Khalil, Islam. "Modelado de un dispositivo háptico pantógrafo" (PDF) . Laboratorio de Micro y Nano Robótica Médica (MNRLab), Departamento de Ingeniería Mecatrónica, Universidad Alemana de El Cairo . Consultado el 1 de junio de 2020 .
- ^ p-temas. "El mejor robot para niños" . Wedrawrobot . Consultado el 1 de junio de 2020 .
- ^ Zhao, Jing-Shan y Liu, Zhi-Jing y Dai, Jian. (2013). " Diseño de un mecanismo de dirección tipo Ackermann ". Revista de Ciencias de la Ingeniería Mecánica . 227. 10.1177 / 0954406213475980.