Cinemática inversa en un mecanismo de robot paralelo

Abstract

Los robots manipuladores paralelos se han fabricado con el objetivo de eliminar los esfuerzos humanos dentro del campo de la industria. A lo largo del tiempo se han ido destinando a otros campos de aplicación, según se estudiaban con más profundidad este tipo de mecanismos. Se pueden clasificar según su movilidad donde se distinguen dos tipos, los espaciales y los planares. Para este proyecto se analiza el robot 2RR, el cual es un robot paralelo planar debido a que su movimiento está limitado a un plano. Este mecanismo está formado por 4 barras articuladas y 5 nudos. Dos nudos de anclaje donde se encuentran los motores para el accionamiento y los otros tres nudos de unión de barras. El nudo de en medio (C), es el nudo final. El proyecto consiste en el diseño, fabricación y control del robot 2RR. Para ello se ha realizado un esquema simplificado del mecanismo, seguidamente de un análisis cinemático del movimiento. Paralelamente se ha diseñado el mecanismo mediante un programa CAD, en este caso SolidWorks. A su vez se realizó un prototipo del mecanismo tanto de la parte mecánica como de la parte electrónica. El reto principal del trabajo fue conseguir controlar el movimiento del nudo C. Para ello, se ha realizado unas simulaciones donde se introducía como entrada las coordenadas de dicho nudo formando una función sinusoidal para buscar como resultado los valores de los ángulos de los motores. Para de esta forma, conseguir que el mecanismo dibuje una figura deseada y poder controlar su movimiento. Para observar el correcto funcionamiento del recorrido, se añadió la punta de un bolígrafo al nudo C en el diseño del prototipo. El prototipo resultante del estudio tiene como finalidad ser una herramienta didáctica. No obstante, las aplicaciones de uso para este mecanismo pueden llegar a ser mucho más amplias y estar a distintos ámbitos.

Parallel robotic manipulators have been fabricated with the goal of supressing human effort within the industry. As time has passed and they have been studied more in depth, their use has been extended in other fields. They may be classified according to their mobility type: spatial or planar. In this project, a 2RR planar parallel robot is analysed, which means that its movement is limited to a single plane. This mechanism is formed by four pivoted bars and five knots: two anchoring knots are found along with the rotating motors and three other anchoring knots with the union bars. The knot found in the middle (C) is the final knot. The project consists of the design, fabrication, and control of the 2RR robot. For this, a simplified design of the mechanism was done, followed by a kinematic analysis of the movement. At the same time, the mechanism was designed in a CAD program, SolidWorks in this case. Furthermore, a prototype was produced with both the electronic and mechanic parts. The main challenge of this project was being able to control the movement of the C knot. For it, simulations were performed where the C knot was made to follow a sine-like trajectory, with the objective of finding the values of the motors’ angles, and thus, making the mechanism follow the desired path and controlling its movement. To check the behaviour of the mechanism was correct, a pen’s tip was added to the C knot in the prototype’s design. The produced prototype is meant to be used as a learning tool. Furthermore, the practical uses this mechanism has may be much more in-depth and used in different fields.