El libro MANIPULADORES PARALELOS: SÍNTESIS, ANÁLISIS Y APLICACIONES, es fruto del proyecto de investigación titulado DESARROLLO DE MANIPULADOR PARALELO DE TIPO PLANAR Y ESPACIALES CON VISIÓN ARTIFICIAL PARA ALTERNATIVA DE AUTOMATIZACIÓN Y ACTUALIZACIÓN PARA LA INDUSTRIA, financiado por la Vicerrectoría de Investigaciones y Extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, con código 8-16-3.
El proyecto en mención es el resultado del trabajo mancomunado de los grupos de Investigación PROCESOS DE MANUFACTURA Y DISEÑO DE MÁQUINAS, y el grupo INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN COMUNICACIONES Y HARDWARE RECONFIGURABLE de la Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia, y del LABORATORIO DE MECATRÓNICA Y ROBÓTICA de la Universidad de los Andes, Venezuela.
Este trabajo es fruto del interés continuo de los grupos en mención en el tema de manipuladores paralelos, centrándose en el diseño, construcción, y control de manipuladores con diferentes configuraciones. Los resultados obtenidos se deben al trabajo de estudiantes de pregrado y maestría en Ingeniería Mecánica en los últimos años.
La industria en su afán por incrementar la producción en cada uno de sus procesos, ha requerido de tareas que generalmente son peligrosas para el hombre, por lo que se han desarrollado mecanismos controlados que pueden realizar operaciones de producción de una forma más segura, económica y rápida. Estos mecanismos se conocen como robots, que consiste en una serie de elementos, actuadores y sensores, que, con una adecuada estrategia de control, puede realizar tareas complejas.
En la familia de los robots existe una gran variedad de arquitecturas, siendo las más utilizadas en la industria, los manipuladores paralelos y los manipuladores serie, con estos últimos como los más estudiados y analizados en cuanto a su fabricación y control. Hasta hace unos años, los manipuladores en serie eran los encargados de realizar las tareas nombradas anteriormente. En estos robots, los actuadores se encuentran ubicados a lo largo de su estructura mecánica lo que genera un aumento en la inercia que el robot debe vencer para moverse, es decir, entre más actuadores tenga el robot, mayor es la carga en él, afectando la estabilidad de todo el mecanismo.
cerradas poseen diversas ventajas en cuanto a su contraparte, tales como: pueden alcanzar altas velocidades y aceleraciones, alta rigidez, una alta relación esfuerzo/peso y una mayor precisión. Gracias a estas ventajas, este tipo de manipuladores, en los últimos años, ha llamado la atención del campo industrial y la comunidad científica en la búsqueda de nuevos diseños y configuraciones e implementación de nuevos software para desarrollar estrategias de control más eficientes para estos mecanismos. También se ha ido incorporando la visión por computador; este tema de estudio está conformado por diferentes ramas como la Física, Óptica, Matemáticas, Lenguaje de Programación, Aprendizaje de Máquina, entre otras. Esta disciplina se desarrolló con el fin de asimilar la funcionalidad del ojo humano en el reconocimiento e interpretación de objetos. La visión por computador, en los últimos años, ha sido implementada en la industria, con el objetivo de controlar sistemas de procesos de calidad en las que se implementarían medidas y estándares rigurosos de procesos de producción, como en el caso de ensambladores o manejo de alimentos.
En el campo de la robótica industrial, a nivel latinoamericano, existen pocos trabajos o monografías que aborden el tema de los manipuladores paralelos. El esfuerzo realizado para escribir este libro tiene por objeto llenar esa falta de monografías en el área. Por lo que este trabajo se enfoca en la síntesis, análisis y aplicaciones de los manipuladores paralelos.
En el capítulo uno se enmarca el proyecto de investigación DESARROLLO DE MANIPULADOR PARALELO DE TIPO PLANAR Y ESPACIALES CON VISIÓN ARTIFICIAL PARA ALTERNATIVA DE AUTOMATIZACIÓN Y ACTUALIZACIÓN PARA LA INDUSTRIA. Se presenta en este capítulo la introducción del tema de manipuladores paralelos, describiendo sus características, y los principales temas de investigación relacionados con los manipuladores paralelos.
En el capítulo dos se muestran diversas aplicaciones industriales de los manipuladores paralelos encontrados en la literatura. Con este capítulo se pretende mostrar la evolución que ha tenido en los últimos años los manipuladores paralelos en la solución de problemas industriales. Se hace especial énfasis en el trabajo desarrollado en el Laboratorio de Robótica de la Universidad de los Andes de Venezuela.
En el capítulo tres se realiza la síntesis de tipo de manipuladores paralelos planos de dos y tres grados de libertad. En la síntesis de tipo se tiene en cuenta criterios como: espacio de trabajo, análisis de sensibilidad a los errores dimensionales de los eslabones del manipulador, y fabricación. Se presenta una tabla de diseño, y se eligen tres de las configuraciones con mejor calificación para el análisis. Con respecto a los manipuladores espaciales, se presentan las configuraciones de mayor interés en la comunidad académica, para tres, cuatro, cinco y seis grados de libertad, y se eligen dos configuraciones para el estudio. Esta selección se basó en configuraciones del Manipulador Delta, configuración de interés en la comunidad científica.
En el capítulo cuatro se realiza el análisis cinemático de los manipuladores planos de dos y tres grados de libertad elegidos, y los Manipuladores Delta de tres grados de libertad, uno con actuadores rotativos, y otro con actuadores lineales. Se realiza el análisis de la cinemática directa e inversa para cada manipulador.
En el capítulo cinco se formulan las ecuaciones para la identificación de parámetros en manipuladores planos y espaciales. Se realiza el estudio de identificación de parámetros inerciales en el caso de manipuladores paralelos planos 2-RRR y 2-RPR. En estos manipuladores se determinarán las ecuaciones de movimiento que permitan identificar los parámetros dinámicos, utilizando el método simbólico de transferencia de masas.
En el capítulo seis se presenta un estudio del control de un Manipulador Delta con actuadores lineales. En este capítulo se realiza el estudio del movimiento del manipulador sin considerar las fuerzas o pares motores que generan el movimiento, concentrándose única y exclusivamente en las restricciones al movimiento impuestas por las cadenas cinemáticas.
En el capítulo siete se presenta el sistema de control servoasistido por visión del manipulador 3-RRR utilizando una cámara. Se muestra el proceso de calibración, la identificación del objetivo, la implementación de un sistema de estimación de la posición del objetivo basado en filtro de Kalman, y el desplazamiento de los servos cuando el objetivo sigue una trayectoria circular. Finalmente se presentan las conclusiones obtenidas.