Análisis de singularidades en robots paralelos. Un estudio teórico y práctico

Peña Zorzano, Pedro (2021). Análisis de singularidades en robots paralelos. Un estudio teórico y práctico. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis de singularidades en robots paralelos. Un estudio teórico y práctico
Author/s:
  • Peña Zorzano, Pedro
Contributor/s:
  • Barrientos Cruz, Antonio
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: 25 June 2021
Subjects:
Freetext Keywords: Palabras clave: Robótica, Robots paralelos, Robots paralelos planares, Robot 3-PRR, Robot 4-PRR, Análisis cinemático de robots paralelos, Matriz Jacobiana de robots paralelos, Singularidades en robots paralelos, Espacio de trabajo de robots paralelos, Simulación de robots, Construcción de robots.
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

Full text

[img]
Preview
PDF - Requires a PDF viewer, such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
Download (16MB) | Preview

Abstract

Los robots seriales dominan la industria robótica actual, pero en las últimas décadas el interés comercial y en investigación por los robots paralelos ha despegado. El aumento del interés por los robots paralelos nace de las desventajas intrínsecas a las arquitecturas seriales, entre ellas: ratio capacidad de carga/masa del robot baja, precisión absoluta baja y baja escalabilidad. Los robots paralelos, gracias a su arquitectura diseñada para distribuir la carga entre sus eslabones, ofrecen una serie de ventajas que los hacen especialmente interesantes para aplicaciones de pick-and-place y de simuladores, entre otras. Generalmente, los robots paralelos presentan frente a los robots seriales: mejor precisión de posicionamiento, mayor rigidez, mayor ratio capacidad de carga/masa del robot, menor peso propio y velocidades y aceleraciones superiores. Naturalmente, los robots paralelos presentan una serie de contrariedades frente a los robots seriales y estas serán objeto de estudio del presente Trabajo de Fin de Grado. Los robots paralelos presentan una cinemática generalmente difícil de resolver y unos espacios de trabajo relativamente pequeños frente a las arquitecturas seriales. Además, sus espacios de trabajo se verán reducidos por la presencia de configuraciones singulares. Las configuraciones singulares son posiciones en las cuales el extremo del robot pierde o gana al menos un grado de libertad. Si el robot pierde un grado de libertad el extremo se verá bloqueado ante ciertos pares de los actuadores. En el caso de que gane un grado de libertad, el extremo del robot podrá moverse aunque los actuadores estén bloqueados, lo que implica que no podrá resistir ciertas cargas sobre su extremo. La presencia de singularidades en el espacio de trabajo de los robots paralelos es uno de sus inconvenientes más importantes y consecuentemente uno de los campos más estudiados en el ámbito de los robots paralelos. El presente Trabajo de Fin de Grado se centra en el estudio cinemático de los robots paralelos, incluyendo: la resolución de los problemas cinemático directo e inverso, la obtención de las matrices Jacobianas del modelo diferencial, el análisis de las singularidades a través de las Jacobianas, la obtención del espacio de trabajo y la visualización del efecto de las singularidades en el mismo. A lo largo de este proyecto, se presentarán las principales corrientes y métodos de resolución actuales frente a estos problemas. La faceta práctica de este TFG se centra en la resolución de dichos problemas en robots paraleV los concretos. Para ello, se realiza un estudio del estado del arte de las principales arquitecturas paralelas actuales, con el objetivo de encontrar unos mecanismos que permitan, a través de su estudio, mostrar y visualizar los principales problemas de los robots paralelos y sus posibles soluciones. Se estudiará en profundidad la cinemática del mecanismo 3-PRR. A partir de su análisis quedarán reflejados los principales problemas de los robots paralelos causados por la presencia de singularidades. A través del mecanismo 4-PRR se presenta una de las posibles soluciones a dichos problemas: el uso de la redundancia cinemática. Para ambos mecanismos se desarrollarán algoritmos para resolver el MCD y el MCI, se obtendrán sus matrices Jacobianas y se analizarán las mismas para obtener las condiciones bajo las que el mecanismo se encuentra en configuraciones singulares. A partir del análisis de las singularidades, se impondrán una serie de restricciones para obtener, en el caso de que sea posible, un espacio de trabajo limitado libre de singulares. En el caso del 3-PRR se verá que no es posible obtener un espacio de trabajo libre de singularidades con rotación ilimitada de la plataforma. Esto sí será posible en el robot 4-PRR gracias a la introducción de la redundancia cinemática. En la Figura 0.0.1 se muestra el espacio de trabajo del mecanismo 3-PRR bajo una de sus dos posibles configuraciones, representando con rombos negros las posiciones cercanas a sus configuraciones singulares. Posteriormente, a través del uso de la herramienta de simulación, CoppeliaSim, se llevará a VI cabo una parte muy importante de este proyecto: la validación de los algoritmos desarrollados para la resolución del MCD y el MCI de los mecanismos 3-PRR y 4-PRR. Además, se mostrará el potencial de esta herramienta para simulaciones cinemáticas en robots paralelos, pudiendo controlar los mismos en modo directo e inverso, sin necesidad de haber resuelto el MCD ni el MCI. Por último, se llevará a cabo la implementación física del mecanismo 4-PRR como verificación final del trabajo realizado. Se realizará previamente el diseño constructivo del mismo y la obtención de un modelo CAD del robot. Posteriormente se procederá a la elección de los materiales y componentes a utilizar y al desarrollo del método de control del mismo. Se continuará con su construcción y montaje, para finalmente llevar a cabo la realización de trayectorias con este mecanismo. Códigos UNESCO: 120110 Álgebra Lineal 120111 Teoría de Matrices 120207 Ecuaciones en Diferencias 120601 Construcción de Algoritmos 120326 Simulación 331102 Ingeniería de Control 331114 Servomecanismos

More information

Item ID: 67541
DC Identifier: https://oa.upm.es/67541/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:67541
Deposited by: Pedro Peña Zorzano
Deposited on: 16 Aug 2021 15:09
Last Modified: 16 Aug 2021 15:09
  • Logo InvestigaM (UPM)
  • Logo GEOUP4
  • Logo Open Access
  • Open Access
  • Logo Sherpa/Romeo
    Check whether the anglo-saxon journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo Dulcinea
    Check whether the spanish journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo de Recolecta
  • Logo del Observatorio I+D+i UPM
  • Logo de OpenCourseWare UPM