DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT PARALELO DE TRES GRADOS DE LIBERTAD

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El subíndice i está vinculado con cada una de las tres cadenas cinemáticas. Los puntos se obtienen a partir del conocimiento de las coordenadas del centro de la plataforma móvil (posición del elemento terminal del robot), determinadas por su radio y por el ángulo existente entre cada cadena (120° ).

ESPACIO DE TRABAJO

Figura 5. Vista del espacio de trabajo y de la plataforma fija

El espacio de trabajo de un robot es una de sus características fundamentales, Ceccarelli (1997) presenta diferentes métodos para formularlo. Los parámetros considerados para determinar el conjunto de puntos alcanzables en el espacio son: la longitud de los eslabones, el ángulo máximo de apertura de las articulaciones y la localización de las plataformas fija y móvil. El método utilizado en este trabajo está reportado en forma detallada por Sánchez (2001) y Castillo (2002). Este método se basa en la cinemática inversa, si para el punto en cuestión existe una solución válida del modelo inverso, entonces se considera que el punto pertenece al espacio de trabajo alcanzable por el manipulador. En la figura 5 se muestra una vista tridimensional del espacio de trabajo para el robot Delta. Las longitudes consideradas son: LA=220 mm, LB=370 mm, y R=150 mm.

CONCEPCIÓN Y CONSTRUCCIÓN
La concepción mecánica del robot se dividió en cuatro partes: 1) diseño de la caja para el reductor de velocidad, 2) diseño de la estructura para el montaje del mecanismo que tiene la función de plataforma fija, 3) diseño de la plataforma móvil, y 4) diseño de los eslabones.

Caja para el reductor de velocidad

Figura 6. Elementos de la caja para el reductor

Para cada cadena cinemática, el reductor conecta al eje del servomotor con el eje de giro del eslabón superior. La reducción es de 100:1, lo que proporciona un par elevado y una gran precisión en el desplazamiento angular. Los elementos construidos de la caja del reductor se muestran en la figura 6. El acoplamiento entre el eje del servomotor y el eje del reductor debe garantizar una buena alineación para evitar el rozamiento entre las partes mecánicas y la demanda de corrientes elevadas durante el movimiento. Para minimizar este problema se instalaron coples flexibles que reducen la desalineación y que minimizan el juego mecánico. La fabricación de la caja del reductor se realizó principalmente con redondo de aluminio, utilizando procesos de tornado. Las piezas en contacto con el eje del motor y con el eslabón superior fueron fabricadas en acero inoxidable.

Plataformas fija y móvil

Figura 7. Estructura de la plataforma fija del robot

La plataforma fija debe ser muy estable y brindar un soporte sólido para el montaje de todos los elementos mecánicos del robot, especialmente para los servomotores, que deben estar firmemente montados para evitar vibraciones y errores de posicionamiento. Esta plataforma también permite que el cableado (usado para la alimentación de los servomotores y los sensores) no interfiera en el desplazamiento del robot. La estructura tiene una altura total de 895 mm y ocupa una área triangular de 0,76 m2. La figura 7 muestra tres vistas del diseño de la plataforma fija.
El material de fabricación de la plataforma fija es redondo hueco de hierro al alto carbono, unido mediante soldadura. La exigencia en su alineación no es tan importante como su estabilidad y rigidez.
La plataforma móvil tiene forma circular para que el ensamble no esté rigurosamente con una orientación fija. El espesor es de 10,45 mm y tiene un diámetro de 200 mm. Cuenta con una perforación en el centro para la posterior adaptación de una pinza. La plataforma móvil está construida con solera de aluminio y los barrenos se realizaron con un CNC para asegurar cierta precisión en la posición de cada uno de los eslabones inferiores.
Eslabones
Se tienen dos eslabones por cada cadena cinemática. Los eslabones superiores (conectados al eje de cada servomotor), y los eslabones inferiores (conectados a la plataforma móvil). Los eslabones superiores tienen forma rectangular y un espesor de 6,3 mm, la distancia entre centros de giro es de 220 mm. El material utilizado fue solera de aluminio. Los eslabones inferiores están compuestos por dos varillas cilíndricas paralelas. En cada extremo de las varillas se enrosca una articulación esférica marca IKO, en total se tienen 12 articulaciones esféricas y 6 varillas. Las varillas de los eslabones inferiores son de tubo de aluminio con roscado M4 en cada extremo para fijar las articulaciones esféricas. La distancia de centro a centro de articulaciones esféricas es de 370 mm. Cada una de las articulaciones esféricas requiere de un soporte para el ensamble con los eslabones superiores y con la plataforma móvil. Estos soportes se diseñaron para sujetarse con el soporte del lado opuesto.

En la figura 8a se muestra una fotografía del punto de ensamble entre articulación esférica y el eslabón superior mediante un soporte. En la figura 8b se muestra una fotografía del ensamble de las articulaciones esféricas con la plataforma móvil. La figura 9a muestra el diagrama de ensamble de todos los elementos mecánicos del robot, incluyendo los servomotores. La fotografía de la figura 9b muestra el resultado final de la construcción y del ensamble del robot paralelo.

Figura 8.a) Articulación y eslabón superior	Figura 8.b) Articulaciones y plataforma móvil

Figura 9. a) Diagrama de ensamble	Figura 9.b) Prototipo final

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