The Octahedral Hexarot - a novel 6-DOF parallel manipulator

A novel 6-DOF parallel kinematic manipulator named the Octahedral Hexarot is presented and analyzed. It is shown that this manipulator has the important benefits of combining a large positional workspace in relation to its footprint with a sizable range of platform rotations. These features are obtained by combining a rotation-symmetric actuating arm system with links in an octahedral-like configuration. Thus the manipulator consists of a central cylindrical column with six actuated rotating upper arms that can rotate indefinitely around the central column. Each upper arm is connected to a manipulated platform by one 5-DOF lower arm link. The link arrangement of the Octahedral Hexarot is inspired by the original Gough platform. The manipulated platform is an equilateral triangle and the joint positions on the upper arms approximately form an equilateral triangle. A task dependent optimization procedure for the structural parameters is proposed and the workspace of the resulting manipulator is analyzed in depth.<br /

Calibration of Parallel Kinematic Machines: theory and applications

Introduction As already stated in the chapter addressing the calibration of serial manipulators, kinematic calibration is a procedure for the identification and the consequent compensation of the geometrical pose errors of a robot. This chapter extends the discussion to Parallel Manipulators (also called PKM Parallel Kinematic Machines). As described in the following (Section 2) this extension is not obvious but requires special care. Although for serial manipulators some procedures for the calibration based on automatic generation of a MCPC (Minimum Complete Parametrically Continuos) model exist, for PKMs only methodologies for individual manipulators have been proposed but a general strategy has not been presented since now. A few examples of the numerous approaches for the calibration of individual PKMs are proposed in (Parenti-Castelli & Di Gregorio, 1995), (Jokiel et al., 2000) for direct calibration and (Neugebauer et al., 1999), (Smollett, 1996) for indirect or self calibration techniques. This paper makes one significant step integrating available results with new ones and reordering them in simple rules that can be automatically applied to any PKM with general kinematic chains. In all the cases a MCPC kinematic model for geometrical calibration is automatically obtained. In Section 2 the main features of PKMs calibration is pointed out and the total number of the necessary parameters is determined; this is an original contribution. In Sections 3 and 4 two novel approaches for the generation of a MCPC model are described. Sections 5 and 6 are dedicated to the analysis of the singular cases and to the procedure for the elimination of the redundant parameters respectively; actual cases are discussed. Section 7 presents several examples of application of the two proposed procedures to many existing PKMs. Section 8 eventually draws the conclusions

Modèles élastiques et élasto‐dynamiques de robots porteurs

The report presents an advanced stiffness modeling technique for parallel manipulators composed of perfect and non-perfect serial chains. The developed technique contributes both to the stiffness modeling of serial and parallel manipulators under internal and external loadings. Particular attention has been done to enhancement of VJM-based stiffness modeling technique for the case of auxiliary loading (applied to the intermediate points). The obtained results allows us to take into account gravity forces induced by the link weights which are assumed to be applied in the intermediate points. In contrast to other works, the developed technique is able to take into account deviation of the end-platform location because of inaccuracy in the geometry of serial chains, which does not allow to assemble manipulator without internal stresses. The developed aggregation procedure combines the chain stiffness models and produces the relevant force-deflection relation, the aggregated Cartesian stiffness matrix and the reference point displacements caused by inaccuracy in kinematic chains. The developed technique can be applied to both over-constrained and under-constrained manipulators, and is suitable for the cases of both small and large deflections.ANR COROUSS

Parallel Manipulators

In recent years, parallel kinematics mechanisms have attracted a lot of attention from the academic and industrial communities due to potential applications not only as robot manipulators but also as machine tools. Generally, the criteria used to compare the performance of traditional serial robots and parallel robots are the workspace, the ratio between the payload and the robot mass, accuracy, and dynamic behaviour. In addition to the reduced coupling effect between joints, parallel robots bring the benefits of much higher payload-robot mass ratios, superior accuracy and greater stiffness; qualities which lead to better dynamic performance. The main drawback with parallel robots is the relatively small workspace. A great deal of research on parallel robots has been carried out worldwide, and a large number of parallel mechanism systems have been built for various applications, such as remote handling, machine tools, medical robots, simulators, micro-robots, and humanoid robots. This book opens a window to exceptional research and development work on parallel mechanisms contributed by authors from around the world. Through this window the reader can get a good view of current parallel robot research and applications

Control visual de robots paralelos : análisis, desarrollo y aplicación a la plataforma RoboTenis

La robótica ocupa en la actualidad un papel preponderante en el proceso de modernización e innovación de las industrias. La mayoría de los sistemas robotizados operan en fábricas, donde el espacio de trabajo ha sido ideado para adecuarse al robot. Sin embargo los robots han tenido menos impacto en aplicaciones dentro de entornos dinámicos, donde el área de trabajo y la ubicación de los objetos no puede controlarse exactamente. Esta limitación se debe implícitamente a la falta de capacidad sensorial en los sistemas robóticos comerciales. La integración sensorial es fundamental para incrementar la versatilidad y el dominio de aplicación de los robots. En la actualidad, los sensores visuales son cada vez mas frecuentes en las aplicaciones robóticas. Su principal ventaja es que permiten una descripción muy completa del entorno de forma no intrusiva. La expresión control visual se aplica a sistemas guiados visualmente, los cuales hacen uso de una o varias cámaras para obtener información del entorno en forma de imágenes, que es empleada para controlar el efector final del robot durante la realización de una tarea. Las aplicaciones robóticas en entornos estructurados con presencia de objetos cuya posición y orientación es perfectamente conocida, es un problema suficientemente estudiado en la actualidad. Sin embargo, aplicaciones en las que la variabilidad del entorno añade un alto grado de incertidumbre al mismo, presenta numerosas dificultades aun no suficientemente resueltas. La realización de tareas robóticas en este tipo de entornos, requieren de estructuras robóticas de bajo peso y alta rigidez, actuadores que permitan altas aceleraciones y altas velocidades, sensores con procesamiento rápido y esquemas de control sofisticados que tomen en cuenta la dinámica no lineal del sistema. En éste ámbito, se centra el desarrollo de la presente Tesis Doctoral, en la cual, se pretende evaluar el nivel de integración entre un sistema robótico y un sistema de visión, en aplicaciones con entornos no estructurados y dinámicos. Para ello, se plantea el diseño, construcción e implementación de una innovadora plataforma experimental basada en un robot paralelo, que utilice la información suministrada por un sistema de visión, para modelar el entorno y lograr el control de las trayectorias del sistema robótico, en aplicaciones con alta variabilidad del entorno. La plataforma llamada RoboTenis, se construye con dos propósitos en mente: i) desarrollar una estructura abierta para la investigación en el campo del control visual de robots paralelos, y ii) evaluar el nivel de integración entre un robot paralelo de alta velocidad y un sistema de visión en aplicaciones con entornos dinámicos. El diseño de la plataforma plantea la construcción del robot de estructura paralela, el control articular a bajo nivel, la integración del sistema de visión y el desarrollo de algoritmos de control servo-visual. Para demostrar su versatilidad, en la presente tesis se implementa una arquitectura de control visual para el Sistema RoboTenis, la cual, permite el seguimiento tridimensional de objetos móviles a alta velocidad. Esta integración es novedosa con respecto al tipo de manipulador (robot paralelo), al sistema de control (control visual) y a la velocidad de trabajo (1.0 m/s). Según la revisión bibliográfica, se puede afirmar que el Sistema RoboTenis, es el primer sistema que plantea el control de un robot paralelo de alta velocidad mediante realimentación visual. Los resultados experimentales muestran la versatilidad del sistema en la implementación de estrategias de control visual con altos requerimientos temporales

Modelización del tiempo de respuesta en un mecanismo de cinemática paralela

La modelización y simulación de una cadena cinemática paralela para el doblado de gasas como caso de estudio ha permitido identificar la influencia de emplear accionamientos seleccionados bajo diferentes metodologías. El modelamiento matemático planteado en esta investigación se desarrolló por medio de una formulación basada en el principio del trabajo virtual. Esta formulación presenta como ventaja una mejor escritura del modelo dinámico, lo que resulta conveniente al momento de resolver el sistemas de ecuaciones diferenciales durante la simulación, porque en esta los diferenciales de las variables dependientes se presentan de forma explícita, lo que facilita la inversión del modelo. Además la escritura del modelo dinámico es semejante a la del modelo tradicional para manipuladores seriales, lo que facilita la utilización de leyes de control desarrolladas para estos manipuladores, en los robot paralelos. La validación del modelamiento matemático se realizó inicialmente para dos trayectorias simples una vertical y otra horizontal y luego para toda la trayectoria planteada en la aplicación tomada como caso de estudio, los resultados obtenidos muestran que la metodología de constantes de tiempo electromecánica permite validar la capacidad de un actuador para responder a las exigencias planteadas y que los accionamientos obtenidos por la metodología energía cinética doble y potencia transitoria e implementados en el modelo matemático generan un tiempo de respuesta mucho menor que cuando se implementan los accionamientos obtenidos por la metodología clásica.MaestríaMagister en Ingeniería Mecánic

Kinematics and Robot Design II (KaRD2019) and III (KaRD2020)

This volume collects papers published in two Special Issues “Kinematics and Robot Design II, KaRD2019” (https://www.mdpi.com/journal/robotics/special_issues/KRD2019) and “Kinematics and Robot Design III, KaRD2020” (https://www.mdpi.com/journal/robotics/special_issues/KaRD2020), which are the second and third issues of the KaRD Special Issue series hosted by the open access journal robotics.The KaRD series is an open environment where researchers present their works and discuss all topics focused on the many aspects that involve kinematics in the design of robotic/automatic systems. It aims at being an established reference for researchers in the field as other serial international conferences/publications are. Even though the KaRD series publishes one Special Issue per year, all the received papers are peer-reviewed as soon as they are submitted and, if accepted, they are immediately published in MDPI Robotics. Kinematics is so intimately related to the design of robotic/automatic systems that the admitted topics of the KaRD series practically cover all the subjects normally present in well-established international conferences on “mechanisms and robotics”.KaRD2019 together with KaRD2020 received 22 papers and, after the peer-review process, accepted only 17 papers. The accepted papers cover problems related to theoretical/computational kinematics, to biomedical engineering and to other design/applicative aspects