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Title: Diseño mecatrónico óptimo de manipuladores paralelos a través del modelado y simulación
metadata.dc.creator: EUSEBIO EDUARDO HERNANDEZ MARTINEZ
Keywords: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA;CIENCIAS TECNOLÓGICAS
metadata.dc.date: Jan-2010
Description: Los manipuladores paralelos están llamados a ser parte de la nueva generación de sistemas robóticos, ya que presentan imponderables ventajas sobre sus contrapartes seriales tales como alta rigidez, elevada velocidad de operación y estabilidad dinámica. Para el éxito comercial y en aplicaciones industriales, en estos manipuladores se debe asegurar una precisión elevada. Sin un análisis de error y una estrategia de calibración adecuados, esta importante ventaja solo puede ser potencial. Por esta razón, las investigaciones más relevantes y el estado del arte sobre métodos de calibración de estas estructuras se discuten en este trabajo. Inicialmente se aborda la identificación de sus errores para aplicaciones como maquinas herramienta, después se introduce la cinemática y el concepto de calibración. Adicionalmente, se ha realizado un análisis y evaluación del error para manipuladores paralelos de seis grados de libertad. En particular, un sistema de medición con una configuración de estructura paralela ha sido analizado a través de simulación y pruebas experimentales con el fin de determinar la respuesta de su operación y para analizar algunas fuentes de errores, las cuales se han identificado como las principales. Un procedimiento para la estimación del error fue propuesto para conocer su efecto sobre el posicionamiento del órgano terminal tomando en cuenta los errores en la posición de la base y el órgano terminal. Los resultados numéricos y de pruebas experimentales han sido encontrados usando un modelado y una configuración experimental, respectivamente, con el ánimo de compararlos, así como para caracterizar la respuesta del sistema. Se propone además un método de estimación de error para un manipulador paralelo de alta precisión. El método toma en cuenta las desviaciones para cada actuador, y se comparan los resultados con un método simplificado para el error global. Con este método, la precisión puede ser estimada tomando en consideración los errores individuales de cada componente. También, en esta tesis se introduce el diseño mecatrónica de manipuladores paralelos tomando en consideración estrategias de optimización. Para validar el modelado, que es necesario en la estrategia de diseño mecatrónica, se ha desarrollado la caracterización de la operación de CaPaMan 2bis basada en cálculos de simulación y pruebas experimentales. El diseño cinemático y la operación del prototipo han sido caracterizados por un desempeño adecuado con acciones continuas suaves y una buena habilidad de repetitividad. Los resultados de comparación muestran que diferentes movimientos prescritos pueden ser desarrollados apropiadamente por el prototipo y el modelado.
Parallel manipulators have become part of the new generation of robotic systems, since they have imponderables advantages over their serials counterparts such as high stiffness, high operation speed and dynamic stability. For industrial and commercial success, these structures must ensure a high accuracy. Without an error analysis and an appropriate calibration strategy, this significant advantage can only be potential. For this reason, considerations on positioning error and calibration are analized for these structures. Firstly, some of the main investigations on calibration methods of parallel mechanisms are discussed. The identification of errors in these structures applied to machine tools is presented, later the kinematics and the concept of calibration is introduced. In addition, the main characteristics of a cable-based parallel manipulator are analized. Operation models and formulations are proposed both for kinematics and statics. In particular, a procedure is proposed for error estimation to know error effects on the end-effector pose. Results of experimental tests and simulations are also compared to show the feasibility and practical efficiency of the system. For a high accuracy parallel robot, a method for estimating its accuracy is proposed. The method takes into consideration measure deviations for each actuator, and the results are compared with a simplified global error method. With this method, the accuracy can be estimated by taking into account the individual errors for each component. In this work, the mechatronic design of parallel manipulator is introduced taking into count strategies for optimization. In order to evaluate a proposed modeling that is needed to the mechatronic design approach, operation performance of CaPaMan 2bis has been investigated through lab experimental tests and numerical simulations. Milli-CaTraSys has been implemented to determine displacements and orientation variations of CaPaMan 2bis end-effector during experimental tests. Several prescribed motions have been simulated and tested under different conditions in order to characterize the system behavior. In particular, kinematic characteristics are obtained both from experimental tests and numerical simulations. Finally, experiment results and simulation computations have been compared for the purpose of evaluation and design characterization of the modeling and prototype, respectively.
URI: http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/901
Other Identifiers: Calibración
Calibration
Error estimation
Estimación del error
Manipuladores paralelos
Parallel manipulators
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