Robot Manipulator Types | Robotic Systems
Summary
TLDRLa presentación explica diferentes tipos de manipuladores robóticos utilizados en aplicaciones industriales. Se destacan sus estructuras cinemáticas abiertas y cerradas, y se compara su flexibilidad y utilidad frente a procesos de fabricación automatizados tradicionales. Se describen robots antropomórficos, cartesianos, cilíndricos y esféricas, así como robots paralelos y redundantes. Finalmente, se mencionan los robots colaborativos con sensores de fuerza para interacciones seguras con humanos.
Takeaways
- 🤖 Los manipuladores robóticos son estructuras mecánicas compuestas de enlaces y articulaciones con un efector terminal que pueden ser controlados.
- 🔄 Los robots pueden tener hasta seis grados de libertad, correspondientes a las posiciones x, y, z y las tres orientaciones.
- 🔄 La flexibilidad de los robots los hace adecuados para adaptarse a diversas situaciones y resolver problemas industriales.
- ⚙️ Existen dos tipos de estructuras cinemáticas: abiertas (cadenas seriales) y cerradas (cadenas paralelas).
- 🔗 La conectividad de un enlace, excluyendo la base, determina si un robot es serial o paralelo; seriales tienen conectividad máxima de 2 y paralelos de 3 o más.
- 🏭 Los robots paralelos ofrecen una mejor distribución de carga, mayor velocidad y rigidez, aunque su cinemática es más compleja y su espacio de trabajo más reducido.
- 👷 Los robots antropomórficos, también conocidos como brazos robóticos, son estructuras de cadena serial que se asemejan al brazo humano.
- 🔩 El robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) es utilizado para inserción y ensamblado de componentes, con cuatro grados de libertad y dos articulaciones paralelas.
- 📏 Los robots cartesianos, formados por tres articulaciones prismáticas, controlan hasta tres grados de libertad, afectando solo la posición del efector terminal.
- 🔄 Los robots paralelos cerrados, como los robots delta, tienen una cadena cinemática cerrada y no acumulan errores de posición como los manipuladores seriales.
- 🤝 Los robots colaborativos, o cobots, incluyen sensores de fuerza y acelerómetros para interactuar de manera segura con humanos y aprender tareas a través de demostraciones.
Q & A
¿Qué es un manipulador robótico y cuáles son sus componentes principales?
-Un manipulador robótico es una estructura mecánica compuesta de enlaces y articulaciones con un efector terminal, que puede ser controlado para realizar una amplia variedad de operaciones de manipulación.
¿Cuál es el número máximo de grados de libertad para un manipulador robótico?
-El número máximo de grados de libertad para un manipulador robótico es seis, correspondientes a las posiciones x, y, z y las tres orientaciones.
¿Qué ventaja ofrecen los robots manipuladores en comparación con los procesos de manufactura automatizados tradicionales?
-Los robots manipuladores son flexibles y pueden adaptarse a muchas situaciones, lo que les permite resolver una amplia gama de problemas industriales.
¿Qué diferencia entre una cadena cinemática abierta y una cerrada?
-Una cadena cinemática abierta, también conocida como cadena serial, es una serie de enlaces y articulaciones unidos en serie. Mientras que una cadena cinemática cerrada, o paralela, tiene una configuración topológica diferente que implica una conexión diferente entre los enlaces.
¿Cómo se determina si un robot es serial o paralelo según su conectividad?
-Si un enlace tiene una conectividad de grado de 3 o más, se considera un robot paralelo. Si la conectividad máxima es de dos, se considera un robot serial.
¿Cuáles son las ventajas de los robots paralelos en comparación con los robots seriales?
-Los robots paralelos generalmente permiten una mejor distribución de la carga, alcanzan velocidades y aceleraciones más altas, tienen mayor rigidez y precisión, aunque su cinemática es más compleja y su espacio de trabajo es generalmente más pequeño.
¿Qué es la conectividad de grado de un enlace y cómo se calcula?
-La conectividad de grado de un enlace se define por el número de enlaces a los que está conectado a través de una articulación. Se calcula excluyendo la base y el efector terminal.
¿Qué es un robot antropomórfico y cómo se asemeja a un brazo humano?
-Un robot antropomórfico, también conocido como brazo robótico, tiene una estructura de cadena serial abierta y se asemeja al brazo humano con una cintura, un hombro y un codo, controlando la posición de un muñón y las orientaciones de la herramienta.
¿Qué es un robot cartesiano y cuál es su principal ventaja?
-Un robot cartesiano está formado por tres articulaciones prismáticas en una cadena cinemática abierta. Su principal ventaja es que su cinemática inversa es sencilla y directa.
¿Qué son los robots paralelos de plataforma Stewart y cuáles son sus aplicaciones comunes?
-Los robots paralelos de plataforma Stewart tienen seis actuadores prismáticos que mueven los enlaces con articulaciones esféricas y se encuentran comúnmente en simuladores de vuelo o conducción.
¿Qué es un robot colaborativo y cómo interactúa con humanos de manera segura?
-Un robot colaborativo es similar a los robots clásicos pero incluye sensores de fuerza y torque, y mecanismos armónicos y codificadores que le permiten detectar fuerzas externas. Esto les permite ser complacientes y adaptarse en su esfuerzo para realizar tareas de manera segura con humanos.
Outlines
🤖 Introducción a los Manipuladores Roboticos
Este primer párrafo presenta una introducción a los diferentes tipos de manipuladores robóticos utilizados en aplicaciones industriales. El objetivo es conocer los distintos tipos de robots, comprender sus usos en aplicaciones industriales y entender las diferencias entre ellos, incluyendo conceptos como cadenas abiertas y cerradas y la distinción entre estructuras seriales y paralelas. Se explica que un manipulador robótico es una estructura mecánica compuesta de enlaces y articulaciones con un efector terminal, y que su número máximo de grados de libertad es seis, correspondientes a las posiciones XYZ y las tres orientaciones. Se menciona la flexibilidad de los robots en comparación con procesos de fabricación automatizados tradicionales y se introduce la idea de la conectividad de grados para diferenciar entre robots seriales y paralelos.
🔧 Tipos de Robots y sus Ventajas
El segundo párrafo se centra en describir diferentes tipos de robots y sus características. Se habla de robots antropomórficos, que tienen una estructura similar al brazo humano y son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales. Se menciona el robot SCARA, utilizado para inserción y ensamblaje de componentes, con cuatro grados de libertad y dos articulaciones paralelas. También se discuten robots cartesianos, formados por tres articulaciones prismáticas que controlan la posición del efector terminal. Se destaca la sencillez de su cinemática inversa. Además, se presentan robots cilinéndricos y esféricos con combinaciones de articulaciones revolubles y prismáticas. Se abordan robots paralelos, que tienen una cadena cinemática cerrada y se distinguen por su distribución de carga, velocidad, rigidez y precisión, aunque su espacio de trabajo es más reducido y su cinemática más compleja. Se describen robots de plataforma de StewART y robots Delta, y se menciona el robot arm paragram, un tipo de robot con cadena cinemática cerrada. Finalmente, se introducen robots redundantes, que tienen más grados de libertad de los necesarios para realizar una tarea específica, lo que les permite ser más diestro y evitar singularidades o restricciones de articulación.
🤝 Robots Colaborativos y Conclusión
El tercer párrafo trata sobre los robots colaborativos, que son similares a los robots clásicos pero incorporan sensores de fuerza y torsión, así como engranajes armónicos y codificadores para detectar fuerzas externas. Esto les permite ser compatibles y realizar tareas en interacción con humanos de manera segura. Se puede controlar su impedancia para ser rígida en algunas direcciones y complaciente en otras. Los robots colaborativos pueden aprender tareas a través de demostraciones humanas. El párrafo concluye resumiendo los tipos de manipuladores robóticos industriales y sus características principales presentados a lo largo de la presentación.
Mindmap
Keywords
💡Manipulador robótico
💡Cadena cinemática abierta
💡Cadena cinemática cerrada
💡Grado de conectividad
💡Robot antropomórfico
💡Robot SCARA
💡Robot cartesiano
💡Robot paralelo
💡Redundancia
💡Robots colaborativos
Highlights
不同类型的机器人操纵器在许多工业应用中被使用。
介绍机器人的目的是了解它们的类型、工业应用以及它们之间的差异。
机器人操纵器是由连杆、关节和末端执行器组成的机械结构。
机器人的最大自由度通常是六个,对应于位置和方向。
机器人比传统自动化制造过程更灵活,可以适应多种情况。
存在两种运动学结构:开放或闭合的运动学链。
通过研究每个连杆的连通度来区分串联或并联机器人。
并联机器人通常允许更好的负载分布,具有更高的速度和加速度。
并联机器人的刚度和精度更高,但工作空间通常较小。
连杆的连通度定义了机器人结构的类型。
串联机器人具有开放的运动学链,所有连杆的连通度为2,除了基座和末端执行器。
并联机器人的定义是具有闭合的运动学链。
Stewart平台机器人和Delta机器人是两种主要的并联机器人类型。
Parakinema机器人臂是一种闭合运动学链机器人,具有三个旋转关节。
双并联机器人是SCARA机器人的改进,可以避免一些运动学奇异性。
经典机器人臂可以是冗余的,这意味着它们具有超过完成任务所需的自由度。
协作机器人包括力或扭矩传感器,可以安全地与人类互动。
协作机器人可以从人类演示中学习任务。
介绍了多种工业应用中的机器人操纵器,并分析了它们的主要特点。
Transcripts
hello in this presentation i will talk
about different robot manipulator types
used in many industrial applications
the aims of the presentation are to know
different types of robots
use industrial applications as well as
to understand the differences
between these robots and also some
concepts such as the open
and close schematic chains also for
instance
to difference to know the difference
between serial and apparel structure
and finally we will focus on describing
the main characteristics of this robot
or each of these robot types
a robot manipulator is a mechanical
structure made up
of links in joints with an end effector
link that can be controlled robot
manipulators have a tool
for or use for a wide spectrum of
manipulation operations the maximum
number of degrees of freedom for the
nfactor
is six corresponding to the x y z
positions
and for the three orientations
but some robots have some redundancy
which implies that they can accomplish
the same task
in multiple ways the main advantage
that a robot offers compared to
traditional
automated manufacturing processes using
let's say
specialized machines is that robots are
flexible
they can be adapted to many situations
for this reason they can be used to
solve many industrial problems
there are two types of kinematic
structures so called
open or closed schematic change
an open or serial chemic chain
due to its topological configuration is
nothing more than the union
of links and joints in series
on the other hand there are robots with
close or parallel kinematic change due
to
their topological configuration
in order to differentiate between a
serial or parallel robot
we will have to study degree of
connectivity for each of the links
excluding in this case the base if a
link
has a degree of connectivity of 3
or higher then we will say that
this is a parallel robot while if the
maximum degree of connectivity is two
then we will say that this is a serial
robot we will see
in the next slide what's actually a
degree of connectivity
and how to compute it but for now
i would like first to mention some of
the advantages
that parallel robots have compared to
zero robots
they generally allow a better
distribution of the robot's load
and tend to reach higher speeds and
accelerations
and they have a greater rigidity and
accuracy
although we can say that their main
advantage
is that their kinematics is usually more
complex
and the workspace this is a very
important aspect
is usually smaller
than the ones in serial robots
and also it's harder to compute
as i mentioned before the degree of
connectivity of a link
defines the robot structure type
this degree can be computed from the
number of links
to which it is connected through a joint
in the figures we can see the cases of
two robots
one with an open or serial
structure and the other one with a close
or parallel structure
in the case of a serial open chain all
links
have a degree of connected connectivity
of 2
except the base and the end effector
with a degree
of 1 because they are only connected to
another link
in the case of the parallel robot the
base has a connectivity of 3
although this should not be taken into
account to be considered as a
parallel robot remember the re the rest
of links or reminder of links they have
different degrees of connectivity two or
three or even
six for the end effector
so now let's understand different types
of robots
so let's start with the anthro
anthropomorphic robot
or simply called robot arm or this is a
classic robot structure with an open
serial killer chain structure and they
are
one of them mostly used in industrial
applications and their
structure resembles the human arm
as you can see it has a waist
a shoulder and an elbow and this is
accomplished with three first joints of
the robot
that can be used to control the position
of a wrist
and then with the joints that we have at
the wrist then we can control
the orientation of the tool
like we have with our in this case hand
finger
the scanner robot which stands for
selective compliance assembly robot arm
is a robot used in industrial
applications for
basically for component insertion and
assembly
uh this is an open kinematic chain robot
arm
and has four degrees of freedom and with
two parallel rebel
joints parallel means their axes are
parallel
that allow to control x y position
and then it has a prismatic joint for
controlling the set
position and the final revolute joint to
control the orientation of the end
effector
the cartesian robot is a robot formed by
three prismatic joints
in this case also in an open kinematic
chain structure
although in some cases there are some
supporting rails but they do not affect
kinematically
to the robot cartesian robots can
control
up to 3 or a maximum of 3 degrees of
freedom affecting only to the position
of the end effector we can't
control with this robot the orientation
of the end effector
the main advantage of this robot is that
the inverse kinematics is
just simply straightforward and a common
example or
in our daily life of this type of robots
we can say for instance we can find it
in 3d printers
some additional but in this case
obsolete
robots that use open kinematic change
structures
are let's say the cylindrical and the
spherical or political
sorry polar robot this type of robot
combine revolut
and prismatic joins as you can see from
the letters below
and also in this case in the animation
on the right
the parallel robot has by definition a
close kinematics chain
one of the main advantage of this robot
is that the position errors
are average and they do not accumulate
as is the case of serial manipulators
when we talk about parallel robots we
can distinguish between two type of
robots
the steward platform type robots or
delta robots
for the first case uh this robot has
three
sorry six uh prismatic actuators that
are used to move
the end effector joints or they they
have that include
joints that spherical joints and
and they can be frequently found in
driving or flight simulators for
instance
on the other hand we have delta robots
that they use
three revolute joints to move
three parallelogram arm structures
attached to the
end effector using spherical joints
the paragram robot arm structure is a
closed kinematic chain robot
it has three revolute joints while the
rest of joints
are all passive revolute joints
the first two joints are just like as
the ones we can find
in any anthropomorphic arm in the
animation
anyway uh this robot you can see here
does not
have or that does not include the first
join in which we can
uh turn the wrist of the robot arm
but i believe that it's easy to imagine
how it works
well anyway the third joint of this
robot is controlled by a four bar
mechanism
or a linkage and the end effector
it's usually affected or a control
with a paragraph structure that ensures
that it's always
horizontal in this case as you can see
here in the animation
the dual parallel scatter robot is an
improvement of the scar
robot that allows avoiding some
kinematic singularities
its kinematics is a closed signal change
and uses in this case a far
bar linkage mechanism
it has two rebel joints for the xy
control
and also a prismatic joint for the set
control
classic robot arms can be a redundant
rod
this redundancy occurs when the robot
has more degrees of freedom than the
ones that
we need to execute a specific task
however
we will usually refer to redundancy to
robots with
7 or more degrees of freedom this type
of robot will allow us to solve tasks
up to 6 degrees of freedom but because
we have this
redundancy we can see that or we can say
that the
robot is more dexterous
because there actually the main
advantage is that
we can achieve multiple configurations
or actually infinite configurations uh
to uh
reach the same position and orientation
and that's why we we say that this robot
uh
are more dexterous also this can be used
to avoid for instance some singularities
or
let's say to avoid some joint
constraints
because of the extra degrees of freedom
and well to finish this presentation i
would also would like to mention
collaborative robots
these are robots as a classic or they
are very similar to classic robot irons
but they include force or
and torque sensors and also some
harmonic drives
and encoders that will allow the
detection of external forces
on each of the joints and this means
that this kind of robots can be
compliant
that is that they can yield in their
effort to accomplish
a specific task if we uh or the
if we if we allow that and this for
instance
can be used to interact with humans
safely
the impedance for each of the directions
of this robot or the end effector or
whatever
can be controlled and selected uh to be
let's say
very stiff in some directions but very
compliant in other directions
one of the main advantages offered by
this type of robots is they can
use to let's say to learn tasks from
human demonstrations for instance
well in this presentation i have
explained several type of robot
manipulators used in industrial
applications
and we have analyzed some of the main
their main characteristics
thank you very much
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