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V. Angélica García Vega

Manipulación

Tarea de manipular con destreza, hacer operaciones con las manos. Es el manejo hábil de los objetos


Brazo robótico

Manipulador Efector final o pinza


Cinemática

Estudia las relaciones entre los parámetros de control y la conducta de un sistema en un espacio de estados


Cinemática directa


Cinemática inversa


Articulaciones (joints)

La articulación es la unión de dos eslabones rígidos, este término se traduce como unión, juntura o coyuntura. Cada articulación puede estar formada por 1 o más uniones. Las uniones se clasifican en dos tipos de acuerdo a la forma como se alinean los ejes de los eslabones y los ejes de movimiento


Clasificación de las articulaciones

Por los movimientos o por la forma en que da el movimiento las articulaciones se clasifican en:

Lineales: el movimiento se modela como una traslación de los eslabones de la conexión, un ejemplo de este tipo de movimiento lo encontramos en las antenas de los receptores de radio o televisión que se extienden a lo largo del eje de las partes

Giratorias: el movimiento se modela como una rotación de los eslabones de la conexión,



Por la dirección en la que se da el movimiento respecto al eslabón de entrada las podemos clasificar en:

Co-lineales el movimiento del eslabón de salida se da en la misma dirección del eje del eslabón de entrada, nuevamente la antena de receptores es un ejemplo de esta clasificación

Ortogonales el movimiento del eslabón de salida es perpendicular al eje del eslabón de entrada



Al combinar las dos clasificaciones encontramos que hay articulaciones

Prismáticas: Lineal (L)

Giratorias: Rotación (R) Torsión (T) Revolución (V)


Articulación lineal (L)

El eje de traslación es perpedicular al eje de los eslabones

Eje de entradaEje de salida


Articulación de rotación (R)

El eje de giro es perpendicular a los ejes de los eslabones

Eje de entrada Eje de salida


Tipos de articulación (T)

El eje de giro es paralelo a los ejes de los 2 eslabones

Eje de entrada Eje de salida


Articulación de revolución (V)

El eje de entrada es paralelo al eje de giro y el eje de salida es perpendicular al eje de giro

Eje de entrada

Eje de salida


Sistemas de coordenadas Para hacer referencia a la posición y a la orientación del

movimiento de un brazo robótico se puede describir a partir de 4 sistemas de referencia o sistemas de coordenadas Coordenadas de los motores. Para este caso se lleva un

conteo simple de los pulsos generados por los decodificadores que están unidos a los actuadores

Coordenadas de las junturas. En este caso, las variables de interés son la distancia y el ángulo entre los eslabones. Las mediciones se basan en los decodificadores que tienen las junturas pero también se consideran las restricciones para el movimiento

Coordenadas del mundo. Aquí la descripción del robot y sus movimientos se establecen respecto a un observador que se encuentra en el medio o mundo

Coordenadas de la herramienta. La descripción del movimiento del robot se hace respecto a un marco de referencia que se localiza en el plano de la pinza o herramienta


Sistemas de coordenadas Para especificar una posición en el espacio, ya

sea que usemos un sistema de coordenadas cartesianas, cilíndrico, esférico o cartesiano, requerimos de tres grados de libertad

Para especificar la orientación requerimos otros 3 grados de libertad

En total para especificar tanto la posición como la orientación en un espacio cartesiano necesitamos de 6 grados de libertad


Grados de movilidad

Se refiere al número de ejes alrededor del cual se pueden realizar cambios de posición. Es el número de uniones independientes

1 grado de libertad

3 grados demovilidad


Grados de libertad Capacidad de moverse en una cierta dimensión. Es

el número de movimientos independientes respecto a un marco de referencia. Hay un máximo de 6 e un sistema cartesiano: 3 para traslación, 3 para rotación. En el caso de un dedo:

2 gradosde

libertad

4 gradosde

movilidad


Configuración cartesiana (L)

z y

x

Área de trabajo de un brazo robótico con configuración cartesiana


Ventajas y desventajas de la configuración cartesiana

Ventajas

Tiene movimientos lineales

Estructuras rígidas Modelo cinemático

simple Fácil de modelar

# Desventajas

# Se requiere un espacio grande de trabajo (el del brazo), para realizar trabajo es pequeño


Configuración cilíndrica de un manipulador

Área de trabajo de un brazo robótico con configuración cilíndrica

RLL


Ventajas y desventajas de la configuración cilíndrica

Ventajas Modelo Cinemático

simple Tiene acceso a

cavidades de las máquinas!! !

# Desventajas

# Espacio de trabajo restringido

# No se puede usar donde haya polvo ó agua

# El espacio del robot puede interferir con el espacio de trabajo


Configuración esférica

Θ

Φ

Área de trabajo de un brazo robótico con configuración esférica


Ventajas y desventajas de la configuración esférica

Ventajas

El espacio de trabajo es más grande

Es fácil para tomar objetos del piso

# Desventajas

# El modelo cinemático se vuelve complejo

# No es fácil de visualizar o mover


Configuración poliarticulada

Área de trabajo de un brazo robótico con uniones articuladas

2

1

3


Ventajas y desventajas de la configuración poliarticulada

Ventaja

Tiene mayor flexibilidad

Domina un espacio de trabajo grande

Se puede ocupar en el polvo ó en el agua

Se usa para tomar objetos que están arriba o debajo

# Desventaja

# El modelo cinemático se vuelve complejo

# El control de un movimiento lineal es difícil

# La estructura es muy rígida (puede haber desequilibrio)


Movimiento de muñecas

Elevación

Oscilación

Desviación

roll

yaw

pitch


Brazo con 4 grados de movilidad


Algoritmo para la asignación de marco de coordenadas a un manipulador robótico

1. Numerar las estructuras rígidas o eslabones que componen el brazo. Tomar como punto de inicio la base del manipulador, tendrá el número 0.

2. Asignar un sistema de coordenadas a cada eslabón. Cada sistema de coordenadas es ortogonal y los ejes obedecen la regla de la mano derecha en su nomenclatura.

3. El sistema de coordenadas de la base FB tiene los ejes paralelos al sistema de coordenadas del mundo FW. El origen del sistema de coordenadas coincide con el origen de la juntura 1. De manera que el eje de movimiento de la primera juntura es normal al plano xy.

4. Se ubican sistemas de coordenadas correspondientes a cada eslabón en la juntura que los une al eslabón siguiente

5. Se ubica un sistema de coordenadas en la juntura distal (la juntura que está ubicada en la muñeca).

6. Se ubica el sistema de coordenadas en la intersección de las junturas.

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