Obtención del Espacio de Trabajo de la Plataforma de Gough-Stewart mediante técnicas CAD

Abstract

La obtención, la representación y la interpretación del espacio de trabajo de los manipuladores paralelos de seis grados de libertad es un problema complejo, debido fundamentalmente a que, en este tipo de robots, la posición y la orientación del efector final están muy acopladas, es decir, las posiciones que puede alcanzar el efector final están muy condicionadas por la orientación de este. Por otra parte el espacio de trabajo de un robot, la zona donde puede operar, es uno de los aspectos fundamentales a tener en cuenta en su diseño. Esta tesis se centra en el estudio del espacio de trabajo en el manipulador de Gough-Stewart que es el manipulador paralelo de 6 grados de libertad más utilizado dada su sencillez mecánica y su estructura de plataforma que lo hace apto para múltiples aplicaciones. En primer lugar se realiza una breve introducción a los manipuladores paralelos definiendo sus características principales que los diferencian de los manipuladores en serie. Se centrará este capítulo introductorio en la descripción de la plataforma de Gough-Stewart, sus aplicaciones y, entre ellas, en el prototipo TREPA de esta Universidad. Continúa esta tesis con una introducción a la problemática que en este tipo de robots tiene la obtención y la interpretación de los diferentes espacios de trabajo. Se definen los diferentes tipos de espacios de trabajo recogidos en la literatura, se estudia su representación y su interés desde el punto de vista práctico. También se analizan las principales aportaciones de diferentes autores relacionadas con los modelos para la obtención y representación de los diferentes espacios de trabajo de los manipuladores paralelos. Tras detectar las ventajas que los métodos geométricos tienen a la hora de obtener los espacios de trabajo en este tipo de manipuladores se opta por la utilización de las aplicaciones de dibujo por ordenador para abordar este estudio. Se desarrolla el método de implementación en un sistema CAD paramétrico del espacio de trabajo de uso más generalizado: el Espacio de Trabajo a Orientación Constante. Se aborda su estudio mediante dos procedimientos: utilizando los recursos de modelado 3D y utilizando las posibilidades de los ensamblajes de piezas. También se estudia la influencia de los parámetros geométricos de robot PGS sobre el espacio de trabajo. A continuación se define el Espacio de Trabajo en Orientación Total en Oscilación, un espacio de trabajo que representa de una forma fácilmente interpretable la capacidad de manipulación de un robot paralelo de 6 GDL. Tras la definición de este espacio de trabajo se implementa su obtención en un entorno CAD con las mismas dos variantes que en el caso del espacio de trabajo en desplazamiento: mediante modelado y utilizando ensamblajes. Tras la obtención del Espacio de Trabajo en Orientación Total en Oscilación se analiza la influencia de los diferentes parámetros de la plataforma en el tamaño y la forma de este espacio de trabajo. Se aborda, a continuación, la síntesis de manipuladores de Gough-Stewart en función del Espacio de Trabajo en Orientación Total en Oscilación que deben alcanzar. La conclusión que se obtiene es que los métodos explicados en esta tesis son una herramienta muy válida para el estudio del espacio de trabajo del manipulador de Gough-Stewart. La definición y obtención del Espacio de Trabajo en Orientación Total en Oscilación demuestra ser una herramienta muy útil a la hora de evaluar la capacidad de manipulación de estos robots.