Desarrollo de cinemáticas para robots paralelos utilizando teoría de tormillos

[ES] Este Trabajo Fin de Master pretende mostrar un acercamiento al diseño de robots paralelos, en concreto al desarrollo de su cinemática. Para ello se hará uso de la Teoría de Tornillos, profundizando en sus bases teóricas y llevándola posteriormente a la práctica. Mediante el uso de esta teoría se pretende llevar a cabo la definición de la cinemática inversa y directa de un robot paralelo. Para ello se generarán algoritmos en Python basados en la teoría anteriormente expuesta. Las soluciones cinemáticas halladas serán puestas a prueba mediante simulación con el programa V-REP para comprobar su validez.[EN] This Master Thesis aims to show an approach to the design of parallel robots, specifically the development of its kinematics. To do this, the Screw Theory will be used, deepening its theoretical bases and taking it later to practice. By using this theory it is intended to carry out the definition of the inverse and forward kinematics of a parallel robot. For this, algorithms will be generated in Python based on the theory described above. The kinematic solutions found will be tested by simulation with the V-REP program to verify their validity.[CA] Aquest Treball Fi de Màster pretàn mostrar un acostament al disseny de robots paral·lels, en concret al desenvolupament de la seua cinemàtica. Per a això es farà ús de la Teoria de Caragols, aprofundint en les seues bases teòriques i portant-la posteriorment a la pràctica. Mitjan¸cant l’ús d’aquesta teoria es pretén dur a terme la definició de la cinemàtica inversa i directa d’un robot paral·lel. Per a això es generaran algorismes en Python basats en la teoria anteriorment exposada. Les solucions cinemàtiques trobades seran posades a prova mitjan¸cant simulació amb el programa V-REP per a comprovar la seua validesaTorregrosa Antón, Á. (2019). Development of kinematics for parallel robots using screw theory. http://hdl.handle.net/10251/128552TFG

Análisis del espacio de trabajo de un robot paralelo de 3RRR

Comunicación presentada en las XXIX Jornadas de Automática, Tarragona, 3-5 Septiembre 2008.El objetivo de este artículo es realizar el análisis del espacio de trabajo de un robot paralelo esférico del tipo 3RRR mediante una herramienta matemática desarrollada en Matlab. Este 3RRR contiene una particularidad que lo diferencia con respecto a los robots esféricos comunes debido a las exigencias de su aplicación: su centro de rotación no se encuentra en el centro del robot. Basándonos en un parámetro que define la habilidad o destreza del robot (dexterity), calcularemos el valor de las variables que optimizan su espacio de trabajo

A robust optimization hybrid algorithm for solving the direct kinematics of the general Gough-Stewart platform

El problema de cinemática directa para los robots paralelos se puede enunciar como sigue: dado un conjunto de valores de las variables articulares, se deben encontrar los valores correspondientes en las variables cartesianas, es decir, la posición y orientación del órgano terminal. En muchas ocasiones, el problema de cinemática directa requiere la resolución de un sistema de ecuaciones no-lineales. Los métodos más eficientes para resolver problemas de este tipo suponen convexidad de una función de costo cuyo mínimo es la solución del sistema. La capacidad de tales métodos de optimización para encontrar una solución adecuada depende fuertemente del punto inicial. Un problema bien conocido es la selección de tal punto inicial, el cual requiere información a priori sobre una vecindad convexa donde se encuentra la solución. Este artículo propone un método eficiente para seleccionar y generar el punto inicial basado en aprendizaje probabilístico. El método evita eficientemente los mínimos locales, sin necesidad de intervención humana o información a priori, lo cual lo hace más robusto si se compara con el método Dogleg u otro método de minimización local basado en gradiente. Con el propósito de mostrar el desempeño del método híbrido, se presentan experimentos y su discusión correspondiente. La propuesta se puede extender a otras estructuras con cadenas cinemáticas cerradas, o a la solución en general de sistemas de ecuaciones no-lineales, y por supuesto, para problemas de optimización no-lineales.The direct kinematics problem for parallel robots can be stated as follows: given values of the joint variables, the corresponding Cartesian variable values, the pose of the end-effector, must be found. Most of the times the direct kinematics problem involves the solution of a system of non-linear equations. The most efficient methods to solve such kind of equations assume convexity in a cost function which minimum is the solution of the non-linear system. In consequence, the capacity of such methods depends on the knowledge about an starting point which neighboring region is convex, hence the method can find the global minimum. This article propose a method based on probabilistic learning about an adequate starting point for the Dogleg method which assumes local convexity of the function. The proposed method efficiently avoids the local minima, without need of human intervention or apriori knowledge, thus it shows a more robust performance than the simple Dogleg method or other gradient based methods. To demonstrate the performance of the proposed hybrid method, numerical experiments and the respective discussion are presented. The proposal can be extended to other structures of closed-kinematics chains, to the general solution of systems of non-linear equations, and to the minimization of non-linear functions.Peer Reviewe

Control de una plataforma Stewart

La robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de las que deriva podrían ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas de estados, la mecánica o la informática. La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de “artefactos”, que trataban de materializar el deseo humano de crear seres semejantes a nosotros que nos descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilodrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término “automática” en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos(Barrientos, 1997). La clasificación de los robots se distribuye en generaciones, el hombre en su deseo de desarrollo ha logrado alcanzar 4 generaciones de robots. La primera trata de los manipuladores, estos son sistemas netamente mecánicos con sistemas de control sencillos, de secuencia fija o secuencia variable. La segunda generación son los robots de aprendizaje, como su nombre lo indica son dispositivos que aprenden y repiten secuencias que han sido realizadas previamente por algún operador o persona. La tercera generación es de lo robots con control sensorizado, estos a diferencia de sus antecesores se compone además de un sistema computarizado el cual manda las ordenes y adquiere las señales del sistema para realizar los movimientos necesarios. La cuarta y última generación hasta ahora son los robots inteligentes, similares a los ya mencionados, con toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real, todo a partir de la información enviada por los sensores (Bermejo, 2003)

Avances en el desarrollo de un robot trepador de estructuras cilíndricas

En este artículo se presentan los avances alcanzados en la realización de un segundo prototipo para el diseño de un robot trepador sobre estructuras cilíndricas alargadas. Se ha realizado un nuevo diseño que posibilita un control más robusto de la estructura mecánica así como una mejor y adecuada maniobrabilidad. Asimismo se presenta el algoritmo utilizado para el control de trayectorias en tiempo real basado en la medida estimada del centro de la estructura cilíndrica por la que asciende el robot mediante el empleo de unos sensores de ultrasonidos en cada una de las bases del robot.El trabajo presentado en este artículo se ha realizado gracias a la financiación aportada por el Ministerio de Educación y Cultura (Dirección General de Enseñanza Superior e Investigación Científica) para el desarrollo del proyecto de investigación ‘Robot Trepador para mantenimiento de palmerales y de estructuras cilíndricas alargadas’ 1FD1997-1338

Diseño y construcción mediante impresión 3D de modelos didácticos para la docencia de robots paralelos

Memoria ID-0181. Ayudas de la Universidad de Salamanca para la innovación docente, curso 2017-2018

Diseño mecánico de un sistema de robots paralelos tipo delta para rehabilitación de tobillo, para el grupo de investigación y estudio de bioingeniería de la Facultad de Mecánica ESPOCH.

La investigación muestra el diseño mecánico y la construcción de un prototipo de un sistema de dos robots paralelos tipo delta invertidos con cuatro grados de libertad cada uno, para el proceso de rehabilitación de tobillo por mecanoterapia. El alto número de personas con lesiones en el tobillo y la carencia de dispositivos automáticos para el proceso de rehabilitación del tobillo, han motivado al grupo de investigación y estudio de bioingeniería de la Facultad de Mecánica ESPOCH a buscar soluciones a problemas enfocados con los procesos de rehabilitación de extremidades inferiores. Para esto se utilizaron herramientas informáticas enfocadas al diseño mecánico, análisis cinemático, análisis dinámico, control automático y selección de materiales. El sistema robótico se modeló en SolidWorks para verificación de rangos de movimiento, luego de lo cual dicho modelo fue exportado a MSC Adams para realizar la cinemática inversa con lo cual se determinó las posiciones y velocidades de las articulaciones, así como aceleraciones, fuerzas y torques para la selección de los servomotores. Para la etapa de control automático se comprobó y validó el correcto funcionamiento del prototipo mediante programación en Arduino UNO. Se obtuvo una plataforma con seis grados de libertad la cual sirve para cumplir con todos los ángulos de los seis movimientos básicos para el proceso de rehabilitación como; Dorsiflexión con 29. 8º, Flexión plantar con 45. 8º, Inversión con 22º, Eversión con 17º, Abducción con 25. 9º y Aducción con 36º. Los movimientos de la plataforma móvil provienen de dos robots deltas con brazos robóticos accionados por seis servomotores de 50 Kg.cm y un actuador vertical con servomotor de 15 Kg.cm.It was carried out the mechanical design and the construction of a system prototype of two parallel robots type delta inverted with four degrees of freedom each one, for the ankle rehabilitation process by mechanotherapy, the high number of persons with ankle injuries and the lack of automatic devices for their rehabilitation process, have motivated to the research group and study of bioengineering of Facultad de Mecánica from ESPOCH to look for solutions to problems focused on with the rehabilitation processes of inferior extremities. For this purpose, informatics tools were used based on mechanical design, Kinematics analysis, dynamic analysis, automatic control and materials selection. The robotic system was modelled in SolidWorks for verifying of movement features, then such model was exported to MSC Adams for doing the reverse Kinematics, by they were determined the positions and velocities of articulations, thus the accelerations, forces and torque, for the selection of servomotors. For the stage of automatic control, the correct functioning of the prototype was validated through programming in Arduino UNO. A platform with six degrees of freedom was obtained which serves for fulfilling with all the angles of the six basic movements for the rehabilitation process like dorsiflexion with 29.8º, plantarflexion with 45.8º, inversion with 22º, eversion with 17º, abduction with 25.9º, adduction with 36º. The mobile platform movements come from two delta robots with robotic arms actioned arms by six servomotors of 50 Kg.cm and vertical actuator with servomotor of 15 Kg.c