@unpublished{upm67541, author = {Pedro Pe{\~n}a Zorzano}, year = {2021}, title = {An{\'a}lisis de singularidades en robots paralelos. Un estudio te{\'o}rico y pr{\'a}ctico}, month = {June}, abstract = {Los robots seriales dominan la industria rob{\'o}tica actual, pero en las {\'u}ltimas d{\'e}cadas el inter{\'e}s comercial y en investigaci{\'o}n por los robots paralelos ha despegado. El aumento del inter{\'e}s por los robots paralelos nace de las desventajas intr{\'i}nsecas a las arquitecturas seriales, entre ellas: ratio capacidad de carga/masa del robot baja, precisi{\'o}n absoluta baja y baja escalabilidad. Los robots paralelos, gracias a su arquitectura dise{\~n}ada 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 precisi{\'o}n 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 ser{\'a}n objeto de estudio del presente Trabajo de Fin de Grado. Los robots paralelos presentan una cinem{\'a}tica generalmente dif{\'i}cil de resolver y unos espacios de trabajo relativamente peque{\~n}os frente a las arquitecturas seriales. Adem{\'a}s, sus espacios de trabajo se ver{\'a}n 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 ver{\'a} bloqueado ante ciertos pares de los actuadores. En el caso de que gane un grado de libertad, el extremo del robot podr{\'a} moverse aunque los actuadores est{\'e}n bloqueados, lo que implica que no podr{\'a} resistir ciertas cargas sobre su extremo. La presencia de singularidades en el espacio de trabajo de los robots paralelos es uno de sus inconvenientes m{\'a}s importantes y consecuentemente uno de los campos m{\'a}s estudiados en el {\'a}mbito de los robots paralelos. El presente Trabajo de Fin de Grado se centra en el estudio cinem{\'a}tico de los robots paralelos, incluyendo: la resoluci{\'o}n de los problemas cinem{\'a}tico directo e inverso, la obtenci{\'o}n de las matrices Jacobianas del modelo diferencial, el an{\'a}lisis de las singularidades a trav{\'e}s de las Jacobianas, la obtenci{\'o}n del espacio de trabajo y la visualizaci{\'o}n del efecto de las singularidades en el mismo. A lo largo de este proyecto, se presentar{\'a}n las principales corrientes y m{\'e}todos de resoluci{\'o}n actuales frente a estos problemas. La faceta pr{\'a}ctica de este TFG se centra en la resoluci{\'o}n 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 trav{\'e}s de su estudio, mostrar y visualizar los principales problemas de los robots paralelos y sus posibles soluciones. Se estudiar{\'a} en profundidad la cinem{\'a}tica del mecanismo 3-PRR. A partir de su an{\'a}lisis quedar{\'a}n reflejados los principales problemas de los robots paralelos causados por la presencia de singularidades. A trav{\'e}s del mecanismo 4-PRR se presenta una de las posibles soluciones a dichos problemas: el uso de la redundancia cinem{\'a}tica. Para ambos mecanismos se desarrollar{\'a}n algoritmos para resolver el MCD y el MCI, se obtendr{\'a}n sus matrices Jacobianas y se analizar{\'a}n las mismas para obtener las condiciones bajo las que el mecanismo se encuentra en configuraciones singulares. A partir del an{\'a}lisis de las singularidades, se impondr{\'a}n 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 ver{\'a} que no es posible obtener un espacio de trabajo libre de singularidades con rotaci{\'o}n ilimitada de la plataforma. Esto s{\'i} ser{\'a} posible en el robot 4-PRR gracias a la introducci{\'o}n de la redundancia cinem{\'a}tica. 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 trav{\'e}s del uso de la herramienta de simulaci{\'o}n, CoppeliaSim, se llevar{\'a} a VI cabo una parte muy importante de este proyecto: la validaci{\'o}n de los algoritmos desarrollados para la resoluci{\'o}n del MCD y el MCI de los mecanismos 3-PRR y 4-PRR. Adem{\'a}s, se mostrar{\'a} el potencial de esta herramienta para simulaciones cinem{\'a}ticas en robots paralelos, pudiendo controlar los mismos en modo directo e inverso, sin necesidad de haber resuelto el MCD ni el MCI. Por {\'u}ltimo, se llevar{\'a} a cabo la implementaci{\'o}n f{\'i}sica del mecanismo 4-PRR como verificaci{\'o}n final del trabajo realizado. Se realizar{\'a} previamente el dise{\~n}o constructivo del mismo y la obtenci{\'o}n de un modelo CAD del robot. Posteriormente se proceder{\'a} a la elecci{\'o}n de los materiales y componentes a utilizar y al desarrollo del m{\'e}todo de control del mismo. Se continuar{\'a} con su construcci{\'o}n y montaje, para finalmente llevar a cabo la realizaci{\'o}n de trayectorias con este mecanismo. C{\'o}digos UNESCO: 120110 {\'A}lgebra Lineal 120111 Teor{\'i}a de Matrices 120207 Ecuaciones en Diferencias 120601 Construcci{\'o}n de Algoritmos 120326 Simulaci{\'o}n 331102 Ingenier{\'i}a de Control 331114 Servomecanismos}, keywords = {Palabras clave: Rob{\'o}tica, Robots paralelos, Robots paralelos planares, Robot 3-PRR, Robot 4-PRR, An{\'a}lisis cinem{\'a}tico de robots paralelos, Matriz Jacobiana de robots paralelos, Singularidades en robots paralelos, Espacio de trabajo de robots paralelos, Simulaci{\'o}n de robots, Construcci{\'o}n de robots.}, url = {https://oa.upm.es/67541/} }