Robot delta
Un robot delta es un tipo de robot paralelo que consta de tres brazos conectados a juntas universales en la base. La característica clave del diseño es el uso de paralelogramos en los brazos, lo que mantiene la orientación del efector final. Por el contrario, una plataforma Stewart puede cambiar la orientación de su efector final.
Los robots Delta se utilizan mucho en la selección y el embalaje en fábricas porque pueden ser bastante rápidos; algunos pueden ejecutar hasta 300 selecciones por minuto.
Historia
El robot delta (un robot de brazos paralelos) fue inventado a principios de los años 80 por un equipo de investigación dirigido por el profesor Reymond Clavel en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza). Después de una visita a una fábrica de chocolate, un miembro del equipo quiso desarrollar un robot para colocar bombones en sus paquetes. El objetivo de este nuevo tipo de robot era manipular objetos ligeros y pequeños a una velocidad muy alta, una necesidad industrial en ese momento.
En 1987, la empresa suiza Demaurex adquirió una licencia para el robot delta y comenzó la producción de robots delta para la industria del embalaje. En 1991, Reymond Clavel presentó su tesis doctoral "Concepción de un robot paralelo rápido de 4 grados de libertad" y recibió el premio Golden Robot Award en 1999 por su trabajo y desarrollo del robot delta. También en 1999, ABB Flexible Automation comenzó a vender su robot delta, el FlexPicker. A finales de 1999, Sigpack Systems también vendió robots delta.
En 2017, investigadores del Laboratorio de Microrrobótica de Harvard lo miniaturizaron con actuadores piezoeléctricos de 0,43 gramos para 15 mm x 15 mm x 20 mm, capaz de mover una carga útil de 1,3 g alrededor de un espacio de trabajo de 7 milímetros cúbicos con una precisión de 5 micrómetros, alcanzando velocidades de 0,45 m/s con aceleraciones de 215 m/s² y patrones repetitivos a 75 Hz.
Diseño
El robot delta es un robot paralelo, es decir, está formado por múltiples cadenas cinemáticas que conectan la base con el efector final. El robot también puede considerarse como una generalización espacial de un mecanismo articulado de cuatro barras.
El concepto clave del robot delta es el uso de paralelogramos que restringen el movimiento de la plataforma final a una traslación pura, es decir, solo movimiento en la dirección X, Y o Z sin rotación.
La base del robot está montada sobre el espacio de trabajo y todos los actuadores están ubicados sobre ella. Desde la base, se extienden tres brazos articulados intermedios. Los extremos de estos brazos están conectados a una pequeña plataforma triangular. La actuación de los enlaces de entrada moverá la plataforma triangular a lo largo de la dirección X, Y o Z. La actuación puede realizarse con actuadores lineales o rotacionales, con o sin reductores (accionamiento directo).
Como todos los actuadores están ubicados en la base, los brazos pueden estar hechos de un material compuesto ligero. Como resultado, las partes móviles del robot delta tienen una inercia pequeña. Esto permite velocidades muy altas y aceleraciones elevadas. Tener todos los brazos conectados entre sí al efector final aumenta la rigidez del robot, pero reduce su volumen de trabajo.
La versión desarrollada por Reymond Clavel tiene cuatro grados de libertad: tres traslaciones y una rotación. En este caso, una cuarta pata se extiende desde la base hasta el centro de la plataforma triangular, lo que le otorga al efector final un cuarto grado de libertad rotacional alrededor del eje vertical.
Actualmente se han desarrollado otras versiones del robot delta:
- Delta con 6 grados de libertad: desarrollado por la compañía Fanuc, en este robot se coloca una cinemática en serie con 3 grados de rotación de libertad en el efecto final
- Delta con 4 grados de libertad: desarrollado por la compañía Adept, este robot tiene 4 paralelogramas conectados directamente al final de la plataforma en lugar de tener una cuarta pierna que viene en el centro del terminal
- Delta de bolsillo: desarrollado por la empresa suiza Asyril SA, una versión de 3 ejes del robot delta adaptada para sistemas flexibles de alimentación parcial y otras aplicaciones de alta velocidad y alta precisión.
- Accionamiento directo Delta: un robot de 3 grados de libertad que tiene el motor conectado directamente a los brazos. Las aceleraciones pueden ser muy altas, de 30 a 100 g.
- Cubo Delta: desarrollado por el laboratorio universitario de EPFL LSRO, un robot delta construido en un diseño monolítico, con articulaciones flexure-hinges. Este robot está adaptado para aplicaciones de ultra-alta precisión.
- Se han desarrollado varios arreglos "delta lineal" donde los motores conducen actuadores lineales en lugar de girar un brazo. Tales disposiciones lineales delta pueden tener volúmenes de trabajo mucho mayores que los arreglos delta rotacional.
La mayoría de los robots delta utilizan actuadores rotatorios. Recientemente se han utilizado actuadores lineales verticales (utilizando un diseño delta lineal) para producir un diseño novedoso de impresora 3D. Estos ofrecen ventajas sobre las impresoras 3D convencionales basadas en husillos de avance, ya que permiten un acceso más rápido a un mayor volumen de construcción con una inversión comparable en hardware.
Aplicaciones
Las industrias que aprovechan la alta velocidad de los robots delta son la industria alimentaria, farmacéutica y electrónica. Por su rigidez también se utiliza para cirugía, en concreto, el Surgiscope es un robot delta utilizado como sistema portamicroscopios.
La estructura de un robot delta también se puede utilizar para crear controladores hápticos. Más recientemente, la tecnología se ha adaptado a las impresoras 3D.
Referencias
- ^ "Sketchy, un robot de dibujo construido en casa". Jarkman.
- ^ Bonev, I. (2001) Delta Parallel Robot — The Story of Success, Online article available at http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html
- ^ a b Bonev, yo. Los verdaderos orígenes de los robots paralelos. Artículo en línea disponible en http://www.parallemic.org/Reviews/Review007.html
- ^ "Robotics News & Articles".
- ^ US 4976582, Clavel, Reymond, "Dispositivo para el movimiento y posicionamiento de un elemento en el espacio", publicado 1990-12-11, asignado a Sogeva SA
- ^ Laure-Anne Pessina (7 de marzo de 2012). "Reymond Clavel, creador del Delta Robot reflexiona sobre su carrera". EPFL. Archivado desde el original el 27 de octubre de 2018. Retrieved 19 de enero 2018.
- ^ a b Clavel, R. (1991) Conception d'un robot parallèle rapide à 4 degrés de liberté. PhD Thesis, EPFL, Lausanne, Switzerland
- ^ Evan Ackerman (17 de enero de 2018). "Harvard's milliDelta Robot is Tiny and Scary Fast". IEEE Spectrum.
- ^ Merlet, J.-P., Parallel Robots, Kluwer Academic Publishers, 2000.
- ^ Miller, K., "Modeling of Dynamics and Model-Based Control of DELTA Direct-Drive Parallel Robot", Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 17, No. 4, pp. 344-352, 1995.
- ^ "Gallery of robots - prof. Reymond Clavel"
- ^ Reymond CLAVEL. "Robots parallèles" Archivado 20 de septiembre de 2018 en la máquina Wayback
- ^ Johann Rocholl (6 de febrero de 2012). "Rostock (impresión 3D robot de leta)". Thingiverse.
- ^ Mike Szczys (13 de julio de 2012). "Impresión 3D con un robot delta que parece simplificar el concepto".
- ^ "Hoosier Daddy – The Largest Delta 3D Printer in the World". 3D Printer World. Punchbowl Media. 23 julio 2014. Archivado desde el original el 26 de octubre de 2014. Retrieved 28 de septiembre 2014.
- ^ "Delta Parallel Robot - la historia del éxito". www.parallemic.org. Retrieved 30 de diciembre 2023.
- ^ "New Delta Robots Handle Primary Food Packaging". Packaging World. 1o de agosto de 2022. Retrieved 30 de diciembre 2023.
- ^ Deblaise, D.; Maurine, P. (2005). Calibración geométrica efectiva de un robot paralelo delta utilizado en neurocirugía. pp. 1313–1318. doi:10.1109/iros.2005.1545081. ISBN 0-7803-8912-3.. Retrieved 30 de diciembre 2023.
- ^ Sunny Bains (8 de agosto de 2007). "Feeling virtual worlds".
- ^ Carabin, G.; Scalera, L.; Wongratanaphisan, T.; Vidoni, R. (2021). "Un enfoque eficiente en energía para la impresión 3D con un robot lineal Delta equipado con muelles óptimos". Robotics y fabricación integrada por ordenador. 67: 102045. doi:10.1016/j.rcim.2020.102045. S2CID 224881163.