A method for the mechatronico analysis of parallel kinematics manipulators based on decoupling the dynamics of actuators and mechanism

Resumen

Título: Método para el análisis mecátronico de manipuladores de cinemática paralela basado en el desacoplamiento de la dinámica de los actuadores y del mecanismo.(Título original en Inglés): A Method for the Mechatronic Analysis of Parallel Kinematics Manipulators Based on Decoupling the Dynamics of Actuators and Mechanism.Autor: Constantino G. Roldán Paraponiaris.Para hacer factibles las capacidades de los mecanismos de cinemática paralela se requiere un enfoque integrado que incluya las diferentes areas involucradas en dichos sistemas, tales como el control, el sistema de actuación, calibración, modelado de la cinemática y la dinámica. Claramente un enfoque multidisciplinar como el de la mecatrónica puede ayudar al desarrollo de manipuladores de cinemática paralela aportando modelos precisos y completos que posteriormente puedan ser utilizados en herramientas de simulación.Evidentemente, estos modelos deben considerar el manipulador pero también es importante no ignorar el efecto de los sistemas de actuación, los efectos del control y las interacciones entre estos tres ¿subsistemas¿ para obtener modelos confiables. En este trabajo se consideran estos tres componentes para desarrollar un método para obtener el modelo mecatrónico de un mecanismo de cinemática paralela, que posteriormente pueda ser utilizado para su análisis y diseño.Para este fin, tanto el mecanismo, el sistema de actuación y el control se consideran como subsistemas ¿desacoplados¿ de manera que la dinámica del mecanismo es considerada como una perturbación en los actuadores. También se toma en cuenta la calibración del sistema desde el punto de vista de la ¿identificación experimental de parámetros¿ para lo cual los modelos se desarrollan siguiendo el Principio de Equivalencia de Energía. Así pues, los valores reales de los parámetros dinámicos y de fricción pueden ser identificados y consecuentemente el modelo mecatrónico puede ser ajustado.Adicionalmente, se ha querido validar experimentar el procedimiento propuesto en este trabajo. En primer lugar se han utilizado dos manipuladores paralelos para la validación del procedimiento de modelado mecatrónico, un mecanismo plano tipo 5R y un manipulador espacial 2PRU-1PRS MAST desarrollados por el grupo de investigación COMPMECH del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UPV/EHU. En segundo lugar, se ha validado el procedimiento de identificación experimental de parámetros en dos mecanismos adicionales, un mecanismo plano 2PRR y un manipulador háptico 5R desarrollado por el Departamento de Mecanismos de la Universidad de Aachen para la simulación de componentes mecánicos.Del desarrollo de esta tésis doctoral se puede concluir que el procedimiento propuesto puede facilitar importantemente al diseño de manipuladores paralelos, debido a que el sistema de actuación, control y mecanismo se han considerado de manera desacopladas, lo que permite seleccionar y modificar cada componente por separado y posteriormente ser analizado. Otro aporte importante de este trabajo es que con el procedimiento propuesto es posible evaluar el comportamiento de mecanimos de cinemática paralela tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de las frecuencias, estudiando el par, posición y velocidad del los actuadores así como también el ancho de banda del mecanismo.