Robot Paralelo

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Robot paralelo tipo delta.

Robot paralelo tipo delta.

El Centro De Investigación En Ciencia Aplicada Y Tecnología Avanzada (CICATA) es un centro de investigación científico y tecnológico del Instituto Politécnico Nacional (IPN), ubicado Cerro Blanco No. 141. Col. Colinas del Cimatario, Santiago de Querétaro, Querétaro que desarrolla diversos dispositivos capaces de resolver problemas y realizar actividades que al ser humano se le dificulte hacer, permitiendo así mismo mejorar, agilizar y aumentar procesos. En el laboratorio de mecatrónica del CICATA se tiene la línea de investigación en mecatrónica en la cual los investigadores trabajan principalmente en temas relacionados con el análisis y simulación, el diseño de mecanismos, la robótica, los procesos industriales, la instrumentación, prototipos y la opto-mecatrónica. Uno de los dispositivos desarrollados como parte de una línea de investigación, es un robot paralelo tipo delta, de tres grados de libertad, el cual a diferencia de un robot serial, cuenta con grandes ventajas que permite su escalamiento a nivel industrial para la automatización de procesos y así aumentar la productividad en este sector.
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Diseño, construcción, ensamble y pruebas de un robot paralelo 3ups + 1rpu para rehabilitación de rodilla

Diseño, construcción, ensamble y pruebas de un robot paralelo 3ups + 1rpu para rehabilitación de rodilla

Un robot Delta es un robot paralelo, que también puede verse como una generalización espacial de un mecanismo plano de cuatro barras. Tiene cuatro grados de libertad: tres traslacionales y uno rotacional. El concepto clave de un robot delta es el uso de paralelogramos. Un paralelogramo permite que un enlace de salida permanezca en una orientación fija con respecto a un enlace de entrada. El uso de tres de estos paralelogramos restringe completamente la orientación de la plataforma móvil, que permanece solo con tres grados de libertad puramente traslacionales. La base del robot es montada encima del espacio de trabajo. Todos los actuadores se encuentran en esta base.
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Diseño y construcción de un robot paralelo comandado por cables espacial

Diseño y construcción de un robot paralelo comandado por cables espacial

En este trabajo se describe la asistencia de investigación desarrollada para el diseño y la construcción de un Robot Paralelo Comandado por Cables (RPCC) de tipo espacial, desarrollado en el semille- ro de diseño mecatrónico, MEC-AUTRONIC, perteneciente al grupo de investigación D+TEC de la Universidad de Ibagué. Dicho robot de 3 GDL consta de una plataforma móvil, más conocida como efector final, suspendida y unida por 8 cables a una plataforma fija (bastidor). En la primera etapa del proyecto, se desarrolló un modelo matemático de la cinemática del robot para poder controlarlo y obtener así su espacio de trabajo. En este trabajo se desarrolla el diseño y la construcción de un Robot Paralelo Comandado por Cables (RPCC) suspendido y de 3 GDL (Grados-de-Libertad), ya que el número de cables es mayor al número de grados de libertad. La redundancia permite que el robot sea tolerante a fallas, las tensiones en los cables disminuyan, se amplié el espacio de trabajo y mejor la rigidez de mismo. El espacio de trabajo de un RPCC es el espacio por donde se puede des- plazar la estructura móvil sin que haya colisiones entre los cables y cuerdas que solamente tiren del efector final, ya que éstas no pueden empujar. Los RPCC tiene algunas ventajas interesantes, como la reducción de la inercia de la estructura móvil, altas aceleraciones y movimientos rápidos, un amplio espacio de trabajo, esto dependerá de los límites de tensión y la longitud en los cables. Igual que sus ventajas también presentan varios inconvenientes, que día a día son estudiados para mejorar la eficiencia y factibilidad de estos robots como es: la colisión de los cables con el ambiente, naturaleza no rígida de los cables para posicionar y rotación en el efector final.
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Control de seguimiento de trayectoria en espacio cartesiano para robot paralelo con 2 GDL

Control de seguimiento de trayectoria en espacio cartesiano para robot paralelo con 2 GDL

En este trabajo con el fin de mejorar la precisión de seguimiento de la trayectoria de un robot paralelo plano de tres grados de libertad, se desarrolla un nuevo enfoque de control basado en el control adaptativo con el uso del denominado error de sincronización (Ren y Mills, 2006). Al igual que el error de contorno propuesto para las máquinas herramientas, el error de sincronización definido representa el grado de coordinación entre las juntas activas en el robot paralelo, que es sustancialmente diferente de los errores de seguimiento tradicionales. Mediante el uso del error de sincronización, todas las juntas activas del robot paralelo se controlan para moverse de una manera sincrónica de modo que la precisión de seguimiento de la trayectoria del efector final del robot se mejore sustancialmente. Además, con el uso del control adaptativo, se garantiza que el error de sincronización y el error de pose de la plataforma converjan a cero simultáneamente, mientras que los parámetros inciertos en el modelo dinámico del sistema se garantizan que convergen a sus valores verdaderos. Los experimentos realizados en el robot paralelo plano verifican las reivindicaciones anteriores y evalúan el rendimiento del enfoque de control propuesto, en comparación con el control PID convencional.
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Diseño óptimo de un robot paralelo con configuración delta para aplicaciones educativas

Diseño óptimo de un robot paralelo con configuración delta para aplicaciones educativas

El robot paralelo con configuración delta es am- pliamente usado en la industria por esta razón, se han realizado múltiples investigaciones en cuanto a su diseño (Zhongfei, et al, 2008), (Courteille, et al, 2009). Algunos de los resultados más relevantes radican en la sustitución de las articulaciones rotacionales por actuadores lineales. Aunque estas sustituciones, producen una ampliación del espacio de trabajo, reducen significativamente la velocidad del efector final, esto se debe a que los actuadores lineales no suelen alcanzar velocidades altas. Por esta razón en este artículo se hace una optimización de la estructura tipo delta sin modificaciones con el fin de obtener la relación entre los diferentes parámetros dimensionales del robot, manteniendo sus prestaciones de alta velocidad que es una de sus principales características.
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Validación cinemática de un robot paralelo de tipología 3ups+rpu

Validación cinemática de un robot paralelo de tipología 3ups+rpu

Este trabajo es parte del proyecto de investigación PIMI-15-04: “Control adaptativo basado en inteligencia artificial aplicado a un sistema mecatrónico fundado en un robot paralelo para la diagnosis y rehabilitación”, que consiste en el desarrollo de un robot paralelo que realice los movimientos necesarios para la rehabilitación de la rodilla. En el trabajo de Zamora (2016) se concluye que el robot debe ser de tipología 3UPS+RPU (tres brazos con juntas universal, prismática y esférica y un cuarto brazo con juntas rotacional, prismática y universal), además se desarrolla el análisis cinemático de cada elemento de forma separada en Fernández, Sotomayor (2016) y Morales (2017) obteniendo como resultado un sistema de ecuaciones no lineales que describen la cinemática del robot. Estos resultados requieren ser validados por lo que en nuestro trabajo se realiza un prototipo virtual 3D del robot y se simula el comportamiento cinemático de este, el modelado se lo realiza en el software MSC Adams, que es una herramienta para este tipo de análisis, se establece los movimientos de rehabilitación, los elementos, variables y mediciones para determinar la cinemática, posteriormente se elabora una planta compatible con Matlab/Simulink y con ayuda de un lenguaje de programación de Matlab se logra obtener gráficas del modelo matemático y graficas del modelo 3D Adams, las cuales indican la posición, velocidad y aceleración de cada articulación de los 4 brazos del robot. Para validar estos resultados se usa un análisis de residuos y se los cuantifica mediante el error cuadrático medio y el error porcentual, concluyendo que el modelo descrito por el sistema de ecuaciones no lineales es totalmente confiable y describe correctamente los movimientos de rehabilitación.
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Desarrollo del modelo dinámico lineal en parámetros inerciales de un robot paralelo para rehabilitación de rodilla

Desarrollo del modelo dinámico lineal en parámetros inerciales de un robot paralelo para rehabilitación de rodilla

En el presente trabajo se desarrolla el modelo dinámico lineal con respecto a parámetros inerciales (masa, primer momento de masa y momento de inercia) para el robot paralelo tipo 3UPS+1RPU desarrollado en la Escuela Politécnica Nacional como parte del proyecto PIMI-1504, además se incorpora un modelo lineal de fricción lineal de coulomb y de viscosidad para mejorar la estimación del modelo del comportamiento real del robot en análisis. Posteriormente, el modelo dinámico lineal se simplifica (modelo en parámetros base) mediante el método numérico de descomposición en valores singulares. Para la reducción del modelo dinámico, se emplea una curva de identificación de parámetros base que se genera mediante series de Fourier finitas optimizada a través de algoritmos de minimización con restricciones, las restricciones empleadas en este trabajo son límites de recorrido, velocidad y aceleración de los actuadores lineales, así como también, restricciones en el espacio de trabajo y el ángulo alcanzado por las articulaciones esféricas que constituyen la estructura del robot paralelo 3UPS+1RPU. Finalmente, el grado de compatibilidad del modelo dinámico reducido desarrollado, se cuantifica a través del cálculo del error cuadrático medio, determinado entre las fuerzas generalizadas de las articulaciones independientes estimadas por el modelo dinámico lineal en parámetros base y las fuerzas simuladas en el software Adams/View. Para el análisis de compatibilidad se emplea una trayectoria optimizada de prueba generada mediante series de Fourier finitas.
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Modelo cinemático para robot paralelo de tres grados de libertad

Modelo cinemático para robot paralelo de tres grados de libertad

El interés por los robots paralelos ha aumentado considerablemente en los últimos años, hoy día estos mecanismos cumplen disímiles aplicaciones, entre ellas una de las más extendidas es su uso en plataformas de simulación, que permiten desde el entrenamiento de personal calificado para operar naves espaciales, aéreas, marítimas o terrestres y hasta la experimentación de sensaciones inimaginables a través de distintos medios de entretenimiento. En este trabajo se desarrollaron los modelos cinemáticos inverso y directo aplicados a un robot paralelo de tres grados de libertad, que serán empleados con fines de entretenimiento, de gran aplicación en el sector turístico de nuestro país.
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Análisis de la cinemática de un robot paralelo con un segmento pasivo

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.
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Desarrollo de articulación activa para un robot paralelo a partir del servomotor lineal Beckhoff AL3812

Desarrollo de articulación activa para un robot paralelo a partir del servomotor lineal Beckhoff AL3812

Por lo general, los actuadores empleados en robótica son eléctricos, neumáticos e hidráulicos [7]. Sin embargo, para los actuadores neumáticos es necesario una instalación de aire comprimido y para los actuadores hidráulicos es necesario instalaciones aún más complejas en comparación con los actuadores neumáticos, incluyendo en éstas equipos de filtrado, eliminación de aire, sistemas de refrigeración, entre otros. En la actualidad, los actuadores eléctricos son los más empleados debido a las características de control, sencilla instalación y precisión. Comúnmente se emplean servomotores rotatorios con husillos de bolas para las articulaciones prismáticas activas; sin embargo, el desarrollo de una articulación activa para robot paralelo a partir del servomotor lineal Beckhoff AL3812, permitirá mayores velocidades de operación, mayor precisión, resolución y repetitividad, reducirá espacios y permitirá un ensamble sencillo del sistema. Además, podrá ser empleado no sólo cuando la base del motor lineal está fija, si no también cuando tiene orientación variable.
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Control cinemático en el espacio de tareas de robot paralelo neumático en aplicación de simulador de movimiento

Control cinemático en el espacio de tareas de robot paralelo neumático en aplicación de simulador de movimiento

El desarrollo de esquemas de control de movimiento de robots paralelos, es un tema de gran interés en la comunidad científica internacional. Aspectos importantes como el modelado, simulación y el empleo de sistemas sensoriales constituyen hoy en día problemas abiertos. En este contexto, el trabajo de investigación consiste en la propuesta e implementación de un esquema de control cinemático en el espacio cartesiano, aplicado a un robot paralelo de tres grados de libertad, accionado por cilindros neumáticos, en aplicación de simulador industrial de movimiento, aspecto novedoso, pues no se tiene reportada una solución similar para este tipo de sistemas. En tal sentido, se enuncia y valida el sis- tema de ecuaciones cinemáticas del robot, se obtiene el modelo del sistema electroneumático articular mediante identificación experimental con la planta real, implementándose un esquema de control en cascada en el espacio de tareas, que permite ubicar la pose de la plataforma móvil en los valores de- seados, efectuando medición directa de las variables cartesianas que definen la posición/orientación de la plataforma móvil mediante el diseño de un sistema sensorial exteroceptivo y prescindiendo del em- pleo del modelo dinámico inverso del robot, así como de la solución de la cinemática directa en línea. El comportamiento del sistema se corrobora mediante pruebas experimentales que permiten evaluar el cumplimiento de los requisitos establecidos, relativos a la aplicación de simulador industrial de movimiento.
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Modelo dinámico de un robot paralelo para rehabilitación de rodilla

Modelo dinámico de un robot paralelo para rehabilitación de rodilla

De los párrafos antes descritos se propone el estudio para obtener los modelos matemáticos de la dinámica de un robot paralelo que permita realizar los movimientos básicos para rehabilitación de rodilla, la determinación correcta de las posiciones en cada uno de su actuadores utilizando la cinemática inversa y planteado la dinámica inversa con la verificación por tres principios como son Gibbs Appell, trabajos virtuales y potencias virtuales que permitirá obtener las fuerzas efectivas en los actuadores pudiéndose seleccionar el tipo de actuadores y generar una función de control automático con las ecuaciones de la cinemática y/o dinámica. Se utiliza la simulación computacional para validar los modelos matemáticos obteniéndose graficas que describen el comportamiento de cada elemento que son parte constitutiva del robot paralelo, también se establece un error porcentual cuando se analiza el cambio de posición de los actuadores.
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Análisis cinemático inverso y directo del robot paralelo

Análisis cinemático inverso y directo del robot paralelo

El robot paralelo llamado también robot de cadena cerrada, se compone básicamente una plataforma móvil o efector final unido a una base fija a través de varias cadenas cinemáticas independientes de eslabones interconectados. En otras palabras, un robot paralelo tiene por lo menos dos "brazos". Los grados de libertad (GDL) son desplazamientos longitudinales o rotacionales independientes que puede tener un mecanismo. Algunas articulaciones pueden tener más de un GDL.

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Control cinemático de un robot paralelo comandado por cables espacial

Control cinemático de un robot paralelo comandado por cables espacial

Un robot paralelo comandado por cables consiste en un bastidor rígido, una plataforma móvil, y ca- rretes o bombos que controlan las longitudes de los cables. El movimiento coordinado de los motores o actuadores permiten mover la plataforma móvil o efector final en trayectorias espaciales arbitrarias para cumplir diversas tareas, ya sea de montajes, transporte, inspección, etc. En comparación con los robots industriales, los robots de cable son capaces de generar altas velocidades y aceleraciones debi- do a que poseen una inercia en sus eslabones móviles muy reducida. Por otro lado, poseen un amplio espacio de trabajo y es posible la manipulación de altas cargas debido a la transmisión eficiente de la fuerza a través de los cables. De igual forma, las simulaciones de trabajo de la plataforma permiten estudiar escenarios tan extremos de forma rápida y rentable y evitar perdidas de tiempo y recursos en montajes y estudios experimentales [3].
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Robot paralelo comandado por cables para la automatización de un cultivo de hortalizas

Robot paralelo comandado por cables para la automatización de un cultivo de hortalizas

Un Robot paralelo comandado por cables (RPCC) es un mecanismo paralelo convencional cuyos brazos rígidos han sido sustituidos por cables. Éstos son enrollados en un tambor o bobina anclada a los motores, que al ser accionada varía la longitud de los cables provocando que el efector final (end- effector) se posicione y oriente dentro del espacio de trabajo. Estos robots son más ligeros, rígidos y económicos en comparación con los robots paralelos tradicionales. El ensamble y transporte de su estructura es más sencillo y tienen la capacidad de soportar más peso. Una desventaja importante es que los cables sólo pueden ejercer tensión más no empujar el efector, por lo tanto, el modelado, análisis del espacio de trabajo y diseño de estos robots difiere de los convencionales. El control y diseño de éstos ha atraído la atención de muchos grupos de investigación debido al potencial que poseen en aplicaciones industriales, ya que pueden servir para fines similares a los robots paralelos tradicionales, pero con la ventaja de que pueden trabajar en espacios más grandes.
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Estudio de la aplicación de las ecuaciones de Gibbs Appell en el análisis dinámico de un robot paralelo 3UPE  1RPU

Estudio de la aplicación de las ecuaciones de Gibbs Appell en el análisis dinámico de un robot paralelo 3UPE 1RPU

The present study offers a dynamic model for 3UPE-RPU robot developed in the PIMI15-04 project of Mechanical Engineering Faculty of Escuela Politécnica Nacional using Gibbs Appell equations and the Principle of Virtual Works. The dynamic model was developed in totality with MATLAB and Maple 18 two programming software’s. The dynamic equations that describe the behavior of the robot requires a kinematic study based in constraint equations per each mobility joint, and a study of internal and external generalized forces at the gravity center of each link in the robot. The internal generalized forces are obtained by using Gibbs Appell equations; the derivate of these equations describe the inertial behavior of each link. The Principle of Virtual Works is applied in order to obtain the external generalized forces, taking into account momentum and punctual forces. The dynamic problem of the robot requires a "# = ! Lagrange type of solution, using the jacobian of the constraint equations and Lagrange multipliers. Once having the kinematic and dynamic model, a simulation is made in MATLAB program in order to obtain the dynamic movement and respective graphics of the 3UPE-RPU robot. The developed study will permit the design and posterior construction of the robot proposed in PIMI15-04 project.
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Fundamentos para el modelado dinámico de robot paralelo de tres grados de libertad

Fundamentos para el modelado dinámico de robot paralelo de tres grados de libertad

El robot para ser útil debe ser controlado; es decir, debe presentar un comportamiento acorde a una respuesta deseada. Para ello es necesario previamente disponer de un modelo matemático del comportamiento del sistema a partir del cual generar las acciones de control requeridas. En el caso de sistemas robóticos el modelo dinámico adquiere notable importancia dado el efecto que tiene conocer el comportamiento de las fuerzas y/o pares que intervienen en el movimiento de la estructura robótica, ya que el conocimiento de las variables relacionadas con la velocidad y aceleración del efector final define el diseño del regulador. Para ello es preciso disponer de un modelo del sistema que describa el comportamiento del mismo lo más aproximado posible al sistema físico real, lo cual resulta muy importante para establecer estrategias de control para el sistema; es significativo evaluar a partir de diseños preliminares, el funcionamiento del robot, especialmente sus características dinámicas, es ahí donde las ecuaciones que rigen el comportamiento dinámico del robot juegan un rol importante (Limón, 2006, Sharma and Ogot, 1997).
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Estrategia de control PD Borroso+I para un robot paralelo de dos grados de libertad

Estrategia de control PD Borroso+I para un robot paralelo de dos grados de libertad

Por esta misma fecha Klaus Cappel realizaba varias investigaciones en plataformas paralelas de 6 GDL, como un simulador de movimiento basado en un hexápodo, el cual fue construido al igual que varios de sus experimentos (I Bonev, 2003). En 1978 K.H. Hunt sugirió que se usaran los mecanismos actuados de forma paralela para robots manipuladores, y señaló el requerimiento de un estudio más profundo debido a sus ventajas en cuanto a rigidez y precisión con respecto a los robots series convencionales (Aracil et al., 2003). En 1983 presentó un manipulador paralelo de 6 GDL accionado por actuadores giratorios. En la actualidad los robots paralelos son empleados en una amplia gama de aplicaciones, su uso va en aumento debido a las ventajas en precisión, repetitividad y elevada fuerza, apoyado por el aumento en la capacidad de cómputo de nuevos procesadores.
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Diseño y construcción de un robot paralelo de configuración “delta” de cuatro grados de libertad

Diseño y construcción de un robot paralelo de configuración “delta” de cuatro grados de libertad

Para la protección contra el rebote de corriente se coloca un diodo en paralelo al relé con su cátodo unido a los 5V provistos de la fuente de alimentación. Esto evita que la corriente de rebote por el campo magnético del relé afecte al circuito digital. Este diodo en un caso extremo se vería sometido a 5V y 50mA, que son valores pequeños para estos semiconductores. Se selecciona el diodo 1N4007 [24] en esta protección. Es necesario agregar una indicación luminosa para señalar si la fuente está encendida o algo ha fallado en la activación del electroimán. Se utiliza un LED RGB de alto brillo para que la señal sea captada con claridad. Este LED emitiría el color azul si el efector está alimentado y rojo si se encuentra apagado. Para dimensionar la resistencia del LED se utiliza (3.100):
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Desarrollo e implementación de una Plataforma Stewart como modelo de robot paralelo

Desarrollo e implementación de una Plataforma Stewart como modelo de robot paralelo

En este trabajo se desarrolla una plataforma Stewart partiendo de un análisis geométrico el cual permite la obtención de un modelo CAD (diseño asistido por computadora) mediante el software Solidworks, Posteriormente se realiza el ensamble físico que consta de dos plataformas de forma hexagonal unidas en paralelo por seis eslabones que son dirigidos por los actuadores eléctricos. A través de la plataforma en Matlab se calculan las variables para generar el pwm necesarias en cada uno de los actuadores, de tal forma que los seis servo motores puedan ser eficaces, Por último se genera una interfaz gráfica de usuario por medio del toolbox GUIDE–Matlab que permite el control del sistema mecánico en cuanto a posición y orientación de la plataforma superior en los ejes (X; Y; Z; Pitch; Yaw; Roll).
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