Optimización cinemática y simplificación de la complejidad del modelo dinámico de un robot paralelo planar 3rrr

Abstract

Los robots o plataformas paralelas están constituidas generalmente por dos eslabones rígidos, acoplados a una base fija por un lado y por el otro al efector final, conectados en paralelo por cadenas seriales independientes llamadas brazos o piernas, generando así, cadenas cinemáticas cerradas. El estudio y optimización de robots paralelos ha sido y es, un problema de gran interés para la comunidad cientí.ca, esto debido a todas las bondades que trae su implementación a nivel industrial, desde mayor precisión, hasta una mayor robustez en comparación con los robots del tipo serial en tareas típicas de seguimiento de trayectorias o de pick & place. En este trabajo se presenta un estudio integral de un Robot Paralelo Planar 3RRR, que comprende la descripción de su cinemática directa, cinemática inversa, cinemática diferencial, puntos singulares, espacio de trabajo y modelo dinámico. Una primera contribución de esta tesis, es la metodología desarrollada para la optimización del espacio efectivo de trabajo del Robot Paralelo Planar 3RRR, donde se utilizaron tres familias de algoritmos evolutivos: un algoritmo genético, una estrategia evolutiva y un algoritmo de estimación de distribución; tomando en cuenta dentro de la función objetivo un cierto grado de manipulabilidad del robot dentro de todo el espacio generado, así como la optimización simultanea para un grupo de ángulos de orientación de la plataforma móvil, y la posibilidad de modificar el centroide del espacio de trabajo para incrementarlo aún más. La segunda y principal contribución de este trabajo, es el estudio, descripción y reducción de la complejidad del modelo dinámico del Robot Paralelo Planar 3RRR, considerando el uso de dos barras esbeltas y homogéneas por cada eslabón pasivo, como una estrategia basada en el rediseño mecánico para la simplificación de las ecuaciones de movimiento. La validación del modelo dinámico reducido se realizó mediante simulación, programando las ecuaciones dinámicas simplificadas en el programa de MATLAB/Simulink y comparando su desempeño dinámico con el de un prototipo virtual implementado en el programa SimWise 4D. Finalmente, se presentan los resultados de la validación del modelo dinámico, proporcionando guías y opiniones para mejorar los resultados obtenidos o para implementar la metodología en sistemas similares o más complejos, como un trabajo futuro.