ES2247889A1 - Dispositivo joystick robotico de arquitectura paralela de 6 grados de libertad con percepcion de fuerzas y posicion. - Google Patents
Dispositivo joystick robotico de arquitectura paralela de 6 grados de libertad con percepcion de fuerzas y posicion.Info
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Abstract
Dispositivo joystick robótico de arquitectura paralela de 6 grados de libertad con percepción de fuerzas y posición. La invención se refiere a un dispositivo joystick robótico de estructura paralela concebido para el control y operación a distancia de robots y máquinas automatizados. Está formado por dos anillos de distinto tamaño unidos entre sí por seis mecanismos. Cada mecanismo comprende un conjunto de barras articuladas, unidos en el extremo a cada anillo por una articulación universal y otra esférica. Dos de las barras de cada mecanismo forman un paralelogramo articulado, el cual es accionado por un motor rotatorio a través de una transmisión compuesta por una polea en el eje del motor, un cable y una polea partida articulada sobre una de las barras. Gracias a un control por computador, el dispositivo permite controlar y percibir individualmente, o simultáneamente, los movimientos y las fuerzas del robot remoto con gran sensibilidad.
Description
Dispositivo joystick robótico de arquitectura
paralela de 6 grados de libertad con percepción de fuerzas y
posición.
Dispositivos joysticks robóticos paralelos
utilizados como maestros en esquemas de teleoperación de robots y
mecanismos, o en exploración táctil en entornos virtuales creados
por ordenador, que reflejan esfuerzos hacia el operador y forman
parte de la interfaz entre el operador y el entorno remoto
háptico.
La presente invención de un dispositivo tiene
como objetivo dar una solución a la interacción mecánica entre el
operador y un entorno remoto de actuación. Puede utilizarse tanto
con entornos remotos reales como con entornos remotos generados por
computador.
El desarrollo de los mecanismos paralelos se ha
incrementado en los últimos años, apareciendo numerosas
publicaciones con desarrollos teóricos y prácticos. Las ventajas de
este tipo de mecanismos, gran rigidez mecánica, precisión, velocidad
y elevada relación entre carga soportada y potencia de los
actuadores han dado lugar a numerosas aplicaciones industriales de
manipulación de objetos, mecanizado, cirugía ortopédica, etc.
Son posibles muchos diseños diferentes de robots
paralelos y la literatura científica al respecto es muy rica. Todos
tienen en común el bajo costo de sus componentes que en su mayoría
son estándar.
Uno de los más importantes desarrollos de
dispositivos maestros hápticos ha sido el robot PHANTOM de la
compañía SensAble Technologies Inc., el cual es un dispositivo de
cadena cinemática serial y articulada, que han marcado un hito en
aplicaciones complejas como las de telecirugía.
El primer robot paralelo comercial, el
"Gadfly", un manipulador de 6 grados de libertad para el
ensamblado de componentes electrónicos, fue diseñado por Marconi.
Posteriormente esta compañía diseñó un gran robot híbrido
serie-paralelo, el "Tetrabot". Un robot
paralelo rápido de 3-4 GDL, el "Delta" ha
comenzado recientemente su comercialización por la compañía
Demaurex.
La utilización de robots paralelos como
dispositivos maestros tiene su ejemplo en el
3-Delta de la casa Force Dimension y en los
desarrollos de interfaces con cables de las universidades de Tokio,
Washington o Nanyang.
La exploración táctil de entornos remotos o
mundos virtuales requiere de una interfaz basada en un
servomecanismo que le permita al usuario percibir sensaciones de
carácter dinámico como movimientos, fuerzas de contacto, inerciales
e impulsos, que pueden originarse por ejemplo al teleoperar un
mecanismo remoto como un robot manipulador, actividad en la cual se
da lugar a distintos tipos de contactos con objetos blandos o
duros, a la percepción de texturas y fuerzas, o sensaciones de
movimiento e inerciales. Esta percepción es conocida técnicamente
como una percepción de carácter "háptico".
Debido a la naturaleza de las tareas designadas a
dicha interfaz, se requiere que el joystick robótico, sea una
interfaz intuitiva en su uso, transparente al usuario a nivel de
esfuerzos para que la percepción sea independiente del tipo de
mecanismo remoto manipulador que se quiere teleoperar, ya sea este
de cadena cinemática serial o paralelo, capaz de reflejar esfuerzos
en los seis grados de libertad del espacio y que produzca la mínima
fatiga al operador.
Una interfaz de escritorio tipo joystick robótico
basado en estructura paralela cuya base superior se encuentra fija
en el espacio, es una solución a los requisitos anteriores.
La invención consiste en dos bases planas, de
diferente tamaño, unidas por seis conjuntos de mecanismos de barras
que unen las dos bases a través de articulaciones esféricas y
universales, formando una estructura paralela de seis grados de
libertad. Los mecanismos de barras están formados por
paralelogramos articulados. La configuración de la invención
permite un amplio espacio de trabajo en comparación con otras
estructuras paralelas.
El joystick robótico de arquitectura paralela, de
seis grados de libertad y reflexión de esfuerzos para tareas de
teleoperación consiste en dos bases planas (1) y (2), unidas entre
sí por seis conjuntos de mecanismos (3). Los mecanismos (3), se unen
a la base superior (1) mediante articulaciones universales (16), y
a la base inferior mediante articulaciones esféricas (15). Cada
mecanismo (3) tiene la estructura de un pantógrafo o paralelogramo
articulado.
Cada mecanismo (3) dispone de un motor rotatorio
(8) y un sistema de posicionamiento (18). El motor (8) y su sistema
de posicionamiento (18) cumplen el papel de generar en el usuario
la sensación de fuerzas, de efectos inerciales, de movimiento y
posición, las cuales se causan cuando el usuario manipula con el
joystick maestro, un mecanismo remoto, por ejemplo un robot que
interacciona con objetos.
La transmisión del movimiento rotatorio del motor
(8) a la estructura del pantógrafo se realiza a través de una
transmisión por cable (19) que se traduce en el movimiento de una
polea partida (9) del pantógrafo.
En la base inferior (2) se ha colocado un sistema
de manipulación (4) que permite al operario trabajar de una manera
cómoda con el mecanismo.
La electrónica de potencia y las señales de
control se encuentran accesibles en la base superior (1) de forma
que pueden ser fácilmente conectadas a cualquier computador con una
tarjeta de control por computador de ejes.
El joystick robótico permite la ubicación en la
base inferior (2) de un sensor de esfuerzos que permita la lectura
de las fuerzas y pares generados por el operador.
Los modos de trabajo del joystick robótico
permiten al operador introducir al sistema la posición de la base
inferior, a través del sistema de posicionamiento (18) y reflejar
unos determinados esfuerzos mediante los motores (8), o bien
introducir esfuerzos mediante el sensor de esfuerzos adicionado a
la base inferior (2) y reflejar la posición en la base inferior a
través de los motores (8).
Figura 1.- Vista en perspectiva del dispositivo
háptico de arquitectura paralela.
Figura 2.- Vista inferior.
Figura 3.- Vista isométrica de detalle de uno de
los seis mecanismos paralelos.
Figura 4.- Vista isométrica explotada de detalle
de uno de los seis mecanismos paralelos.
Figura 5.- Vista de detalle de la trasmisión de
potencia de uno de los seis mecanismos paralelos.
El robot en su conjunto es un sistema mecánico
formado por partes estructurales mecánicas, articulaciones
mecánicas, servo accionamientos de potencia, conexiones eléctricas,
tarjetas electrónicas de potencia, sensores y sistemas de control
por computador.
- 1)
- Las bases planas marcadas como (1) y (2), se realizarán con material ligero, como aluminio, con un grosor suficiente para soportar las deformaciones debidas a las fuerzas que entran en juego. Las bases (1) y (2) están unidas a través de seis conjuntos de barras (3), a través de las articulaciones esféricas (15) y universales (16). Cada conjunto de mecanismos (3) es actuado por un motor rotatorio (8), el cual es encargado de reflejar las fuerzas y posiciones hacia o desde el Joystick robótico dándole características hápticas.
- 2)
- Cada uno de los mecanismos articulados (3), esta formado a su vez por las barras que forman el conjunto del paralelogramo (6) y (7) y la barra articulada (5) unidas por las articulaciones (13) y (14) respectivamente. La barra (7) tiene adosado un motor rotatorio (8) con un sistema de medición de posicionamiento (18) y que lleva acoplada la polea (17) la cual transmite el movimiento del motor a la polea (9) a través de una transmisión de potencia por cable (19). La polea partida (9) está ensamblada, a través de las articulaciones (11) y (12), con las barras (10) y (6) respectivamente, transmitiéndose el movimiento del motor (8) a la barra (6) gracias a las mencionadas articulaciones y la polea partida (9).
- 3)
- El sistema de manipulación (2) consiste en un vástago de aluminio y una esfera de plástico (tipo pomo) (4) ubicados en la base del sistema de manipulación (2).
- 4)
- El control de movimiento de cada uno de los mecanismos articulados (3), está caracterizado porque los amplificadores de potencia colocados sobre la base plana (1) y los sistemas de posicionamiento (18) están conectados a una tarjeta multiejes de tiempo real.
Claims (4)
1. Joystick robótico de arquitectura paralela, de
6 grados de libertad, que comprende dos plataformas (1) y (2)
unidas entre sí en paralelo mediante seis conjuntos de mecanismos
de barras articuladas (3), estando cada uno de estos conjuntos
compuestos por las barras (6) y (7) que forman un paralelogramo y
la barra articulada (5), las cuales están unidas entre si por medio
de las articulaciones (13) y (14) respectivamente, cada uno de los
mencionados mecanismos (3), se unen a las plataformas (1) y (2) a
través de las juntas universales (16) y las juntas esféricas (15)
acopladas en cada extremo.
2. Joystick robótico de arquitectura paralela, de
6 grados de libertad: según reivindicación 1, caracterizado
porque lleva adosado a la barra (7), del conjunto de barras (3), un
motor rotatorio (8) con un sistema de medición de posicionamiento
(18) y que lleva acoplada la polea (17) la cual transmite el
movimiento del motor a la polea partida (9) a través de una
transmisión de potencia por cable (19).
3. Joystick robótico de arquitectura paralela, de
6 grados de libertad: según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la polea partida (9) que esta
ensamblada, a través de las articulaciones (11) y (12), con las
barras (10) y (6) respectivamente, recibe el movimiento del motor
(8) a través el cable (19).
4. Joystick robótico de arquitectura paralela, de
6 grados de libertad: según reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque teniendo la polea partida (9) su centro
de giro en la articulación (11) trasmite un movimiento basculante
hacia la barra (6) mediante la articulación (12), este movimiento
basculante se transmite a su vez a través de la articulación (14) a
la barra (5), la cual esta unida igualmente a la barra (7) a través
de la articulación (13), formando un paralelogramo basculante.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200302351A ES2247889A1 (es) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Dispositivo joystick robotico de arquitectura paralela de 6 grados de libertad con percepcion de fuerzas y posicion. |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES200302351A ES2247889A1 (es) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Dispositivo joystick robotico de arquitectura paralela de 6 grados de libertad con percepcion de fuerzas y posicion. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2247889A1 true ES2247889A1 (es) | 2006-03-01 |
Family
ID=35986415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200302351A Pending ES2247889A1 (es) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Dispositivo joystick robotico de arquitectura paralela de 6 grados de libertad con percepcion de fuerzas y posicion. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2247889A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024056183A1 (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-21 | Force Dimension | Adjustable mechanical motion range limitation apparatus |
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-
2003
- 2003-10-09 ES ES200302351A patent/ES2247889A1/es active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20060301 Kind code of ref document: A1 |
|
| FC2A | Grant refused |
Effective date: 20070423 |