Kinematics analysis of a parallel robot with a passive segment

Análisis de la cinemática de un robot paralelo con un segmento pasivo

Este trabajo presenta el modelo geométrico de un robot paralelo con tres grados de libertad (d.o.f) agregados a un segmento central pasivo del PPP. Esta estructura proporciona un movimiento de traslación pura. También determinaremos las relaciones entre las velocidades generalizadas y articulares usando la matriz Jacobiana inversa. Además, determinamos las relaciones recíprocas entre las velocidades cartesianas y angulares del end-effector vía velocidades articulares por la derivación simple de las expresiones del modelo geométrico directo. Una determinación del espacio de trabajo basado en el análisis del modelo geométrico es derivado seguido por un cálculo numérico de todos los puntos que deben alcanzarse permitiendo una visualización gráfica de tal espacio de trabajo. Por otra parte, el análisis de los coeficientes de la matriz Jacobiana permite asegurar que no haya singularidades del tipo 1 y 2 en tal estructura. Se ha realizado un prototipo de robot paralelo en nuestro laboratorio para validar los modelos propuestos.

INTRODUCCIÓN

Estos últimos años, los manipuladores de estructura paralela han constituido un polo de interés para muchos investigadores e industriales por sus interesantes prestaciones: gran capacidad de carga, movimientos a gran velocidad, alta rigidez mecánica, baja masa móvil, simplicidad de la ingeniería mecánica y posibilidad de ubicar los actuadores y los sensores en la base, o cerca de ella.

Históricamente, estos sistemas mecánicos se desarrollaron inicialmente para aplicaciones distintas del campo de la robótica pura. El primer sistema mecánico de este tipo fue la máquina construida por Gough [1] en 1949 para probar los neumáticos de los aviones. Posteriormente, Stewart [2] utilizó esta estructura como simulador de vuelo. Sin embargo, la idea de utilizar estructuras paralelas en robótica es más reciente. De hecho, Hunt [3] ha identificado ciertas arquitecturas paralelas que ofrecen un potencial más significativo en robótica. Como consecuencia, varios investigadores [4-11] han analizado en profundidad estas arquitecturas.

En este contexto, ha surgido más recientemente una clase especial de arquitectura robótica paralela, de la que nos ocupamos en este artículo. Esta clase se caracteriza por la adición de algunas restricciones y actualmente está ganando una gran atención [12-14]. Estas restricciones se deben a la adición de algunos segmentos pasivos en la arquitectura clásica de robots paralelos. Esta clase de robots paralelos reduce el número de soluciones que pueden ser numerosas en los robots paralelos sin restricciones, lo que conlleva la dificultad de determinar la solución del modelo geométrico.