Manipulador serial - Serial manipulator

Los manipuladores en serie son los robots industriales más comunes y están diseñados como una serie de enlaces conectados por juntas accionadas por motor que se extienden desde una base hasta un efector final. A menudo tienen una estructura de brazo antropomórfica que se describe como un "hombro", un "codo" y una "muñeca".

Los robots en serie suelen tener seis articulaciones, porque se requieren al menos seis grados de libertad para colocar un objeto manipulado en una posición y orientación arbitrarias en el espacio de trabajo del robot.

Una aplicación popular para los robots en serie en la industria actual es el robot de ensamblaje pick-and-place , llamado robot SCARA , que tiene cuatro grados de libertad.

Un robot de montaje SCARA.

Estructura

Un ejemplo de un manipulador en serie con seis DOF ​​en una cadena cinemática.

En su forma más general, un robot en serie consta de una serie de enlaces rígidos conectados con articulaciones. Las consideraciones de simplicidad en la fabricación y el control han llevado a robots con solo articulaciones revolucionarias o prismáticas y ejes articulados ortogonales, paralelos y / o que se cruzan (en lugar de ejes articulados colocados arbitrariamente).
Donald L. Pieper deriva el resultado primero prácticamente relevante en este contexto, hace referencia como 321 estructura cinemática : la cinemática inversa de manipuladores de serie con seis articulaciones angulares, y con tres articulaciones consecutivos se cruzan, se puede resolver de forma cerrada, es decir, analíticamente Este El resultado tuvo una tremenda influencia en el diseño de robots industriales.

La principal ventaja de un manipulador en serie es un gran espacio de trabajo con respecto al tamaño del robot y al espacio que ocupa. Las principales desventajas de estos robots son:

  • la baja rigidez inherente a una estructura cinemática abierta,
  • los errores se acumulan y amplifican de un enlace a otro,
  • el hecho de que tienen que transportar y mover el gran peso de la mayoría de los actuadores, y
  • la carga efectiva relativamente baja que pueden manipular.

Cinemática

La posición y orientación del efector final de un robot se derivan de las posiciones de las articulaciones por medio de un modelo geométrico del brazo del robot. Para los robots en serie, el mapeo desde las posiciones de las articulaciones hasta la pose del efector final es fácil, el mapeo inverso es más difícil. Por lo tanto, la mayoría de los robots industriales tienen diseños especiales que reducen la complejidad del mapeo inverso.

Espacio de trabajo

El espacio de trabajo accesible del efector final de un robot es la variedad de marcos accesibles.
El espacio de trabajo diestro consiste en los puntos del espacio de trabajo accesible donde el robot puede generar velocidades que abarcan todo el espacio tangente en ese punto, es decir, puede trasladar el objeto manipulado con tres grados de libertad y rotar el objeto con tres grados de rotación. libertad.
Las relaciones entre el espacio articular y las coordenadas espaciales cartesianas del objeto sostenido por el robot son en general de valores múltiples: el brazo en serie puede alcanzar la misma pose de diferentes maneras, cada una con un conjunto diferente de coordenadas articulares. Por lo tanto, el espacio de trabajo accesible del robot se divide en configuraciones (también llamadas modos de ensamblaje), en las que las relaciones cinemáticas son localmente uno a uno.

Singularidad

Una singularidad es una configuración de un manipulador en serie en la que los parámetros de la articulación ya no definen completamente la posición y orientación del efector final. Las singularidades ocurren en configuraciones cuando los ejes articulares se alinean de una manera que reduce la capacidad del brazo para colocar el efector final. Por ejemplo, cuando un manipulador en serie está completamente extendido, es en lo que se conoce como la singularidad del límite.

En una singularidad, el efector final pierde uno o más grados de libertad de giro (instantáneamente, el efector final no puede moverse en estas direcciones).
Los robots en serie con menos de seis articulaciones independientes son siempre singulares en el sentido de que nunca pueden abarcar un espacio de torsión de seis dimensiones. Esto a menudo se denomina singularidad arquitectónica. Una singularidad no suele ser un punto aislado en el espacio de trabajo del robot, sino un sub-múltiple.

Manipulador redundante

Un manipulador redundante tiene más de seis grados de libertad, lo que significa que tiene parámetros de articulación adicionales que permiten que la configuración del robot cambie mientras mantiene su efector final en una posición y orientación fijas.

Un manipulador redundante típico tiene siete articulaciones, por ejemplo tres en el hombro, una articulación del codo y tres en la muñeca. Este manipulador puede mover su codo alrededor de un círculo mientras mantiene una posición y orientación específicas de su efector final.

Un robot serpiente tiene más de seis grados de libertad y, a menudo, se le llama hiper-redundante.

Fabricantes

Ver también

Referencias