Síntesis, análisis y diseño de manipuladores paralelos de baja movilidad

Abstract

Los manipuladores paralelos de baja movilidad son sin duda un tipo de mecanismos de un presente y futuro prometedores en un gran numero de aplicaciones industriales, presentando una serie de importantes ventajas sobre los robots serie, mas extendidos en la actualidad en el ambito industrial, siempre y cuando su diseno haya sido realizado para la realizacion de un tipo de operacion concreto. Sin embargo, hasta el dia de hoy estas ventajas no han podido sobreponerse a los inconvenientes que estos presentan. Las peculiares caracteristicas de este tipo de robots ha hecho que ciertas arquitecturas hayan encontrado un perfecto acomodo en determinado tipo de aplicaciones, como la realizacion de operaciones de pick & place o ciertas operaciones de mecanizado, siendo quizas los robots Delta y Tricept los manipuladores paralelos que posean un presente mas importante. Ademas, el desarrollo de nuevas arquitecturas de este tipo de robots es un proceso en constante actividad, ya que dia a dia van apareciendo nuevas posibilidades. Sin embargo, la mayoria de estos nuevos robots quedan limitados a la realizacion de estudios teoricos o simplemente experimentales, debido a que la complejidad de sus cinematicas, la dificultad de su control en tiempo real, la ausencia de tecnicas de calibracion totalmente sistematizadas, etc., hacen que la industria sea todavia reticente a utilizar este tipo de mecanismos. Dentro del campo de los robots de cinematica paralela, esta Tesis Doctoral se centra en los denominados manipuladores paralelos de baja movilidad, capaces de realizar movimientos de un numero inferior a seis grados de libertad de unas determinadas caracteristicas, esto es, realizando un numero especifico de movimientos de rotacion y traslacion. En particular, esta Tesis Doctoral pretende establecer un procedimiento sistematico para el diseno de este tipo de mecanismos, hasta llegar a su concepcion final. La definicion de nuevas arquitecturas de manipuladores paralelos de baja movilidad realizando un movimiento especifico no es una tare simple ni trivial, que pueda realizarse desde la intuicion. Debido a esto, esta Tesis Doctoral aborda en primer lugar un procedimiento de sintesis morfologica de nuevas arquitecturas de este tipo de robots a partir de la Teoria de Grupos de Desplazamientos, realizando un analisis exhaustivo de las diferentes cadenas cinematicas que se han de utilizar para la definicion de un manipulador de cinematica paralela. En concreto, esta Tesis Doctoral se centra en la definicion de nuevas arquitecturas de manipuladores paralelos capaces de generar en su plataforma movil el denominado movimiento Shonflies, el cual define la posibilidad de realizar movimientos de traslacion independientes en cualquier direccion del espacio, junto con un movimiento de rotacion alrededor de un eje de direccion constante, dotados ademas de una disposicion simetrica de sus elementos y accionamientos, lo que sin duda facilita el planificacion de trayectorias y distribuye equitativamente el reparto de esfuerzos. Sin embargo, a pesar de que varias arquitecturas de este tipo de robots sean capaces de realizar un mismo tipo de movimiento, esto no hace que todas ella ofrezcan unas prestaciones identicas, lo cual implica que deberian analizarse por completo todas las diferentes alternativas antes de poder elegir cual de todas ellas es la que mejor se adapta a unos requisitos concretos. Sin embargo, este proceso de analisis supondria un esfuerzo quizas excesivo a realizar en las fases iniciales de diseno. Debido a esto, esta Tesis Doctoral desarrolla una nueva formulacion jacobiana de caracter general para el analisis cinematico de mecanismos de cualquier morfologia, la cual, implementada dentro de un software de apoyo al diseno, permite realizar a partir de un identico procedimiento los analisis que permiten determinar que arquitectura de manipulador es la que mejor se adapta a la realizacion de una determinada operacion, ademas de facilitar el estudio