Mecanismos espaciales y robotica

INTRODUCCIÓN

Hasta hace poco había habido poco interés en el diseño y análisis de mecanismos espaciales y manipuladores robóticos. Las operaciones demasiado difíciles de automatizar con mecanismos planos se dejaban a los humanos, frecuentemente sin considerar la naturaleza tediosa y peligrosa del trabajo. Muchos de los obstáculos que impiden el diseño y el empleo de los dispositivos espacialeshan sido eliminados gracias a los notables avances en las computadoras y en la electrónica. Cada vez hay un mayor reconocimiento de que mas operaciones de manufactura complejas pueden y deben automatizarse si se desea obtener una mayor productividad y una mejor calidad en los productos. Los diseñadores de maquinas están reconociendo que los mecanismos espaciales y los robots ya no sondispositivos novedosos de un interés estrictamente teórico; actualmente son alternativas viables que deben ser evaluadas en el proceso de diseño.

El material de este capitulo es una introducción a los tópicos de los mecanismos espaciales y la robótica. Se pretende describir algunos de los dispositivos disponibles y las tareas que estos pueden realizar, así como proporcionas las herramientas básicas parasu diseño y análisis. Con estos conocimientos, el diseñador podrá decidir si un mecanismo espacial o un manipulador robótico es apropiado para la tarea en particular que se este considerando. No obstante, se debe advertir que la necesidad del empleo de mecanismos espaciales debe ser la excepción más que la regla. Así como con cualquier otro componente de una maquina, el empleo de estos dispositivosdebe justificarse en términos de costo y rendimiento.

MOVILIDAD

Al desarrollar la ecuación de movilidad de Grubler, se supuso que cada eslabón de un mecanismo estaba restringido a un movimiento plano y a tener, por lo tanto, tres grados de libertad (dos traslaciones y una rotación). En el espacio, cada eslabón tendrá seis grados de libertad (tres traslaciones y tres rotaciones). Enconsecuencia, la conexión de dos eslabones espaciales con una unión que tenga un grado de libertad, como una unión de revoluta, tiene el efecto de quitarle cinco grados de libertad. De manera similar, la conexión de dos eslabones de libertad con una unión de dos grados de libertad tiene el efecto de quitarle cuatro grados de libertad y así sucesivamente. A un eslabón de un mecanismo espacial se lequitaran todos sus seis grados de libertad debido que se encuentra fijo al piso o base. La movilidad total de un sistema n de eslabones espaciales interconectados esta dada por lo tanto por la siguiente ecuación, conocida frecuentemente como la ecuación de Kutzbach:

M = 6(n – 1) – 5f1 – 4f2 – 3f3 – 2f4 – f5 (1)
En donde
M = movilidad o numero de grados de libertad
n = número total deeslabones, incluyendo el piso o base
f1 = número de uniones de un grado de libertad
f2 = número de uniones de dos grados de libertad
f3 = número de uniones de tres grados de libertad
f4 = número de uniones de cuatro grados de libertad
f5 = número de uniones de cinco grados de libertad
en los mecanismos planos por lo común solo se emplean cuatro tipos de uniones o pares: (1) la unión derevoluta, (2) la unión prismática, (3) la unión de contacto rodante y (4) la unión de leva o engrane. En el caso de las uniones de revoluta, prismática y de contacto rodante, cada una tiene un grado de libertad, en tanto que la unión de leva o engrane tiene dos grados de libertad, en los mecanismos espaciales es posible tener muchos otros tipos de uniones. Entre los mas comunes se encuentran launión de tornillo o helicoidal (un grado de libertad), la unión cilíndrica (dos grados de libertad), la unión esférica o de rótula /tres grados de libertad) y la unión de leva espacial (cinc grados de libertad). En la figura 1 se ilustran estas uniones y el movimiento relativo que permiten.

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figura 1

La ecuación de Kutzbach se debe considerar como un auxiliar para la predicción de...