Par cinemático - Kinematic pair
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| Mecanica clasica |
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En la mecánica clásica , un par cinemático es una conexión entre dos objetos físicos que impone restricciones a su movimiento relativo ( cinemática ). El ingeniero alemán Franz Reuleaux introdujo el par cinemático como un nuevo enfoque para el estudio de las máquinas que proporcionaba un avance sobre el movimiento de elementos compuestos por máquinas simples .
Descripción
La cinemática es la rama de la mecánica clásica que describe el movimiento de puntos , cuerpos (objetos) y sistemas de cuerpos (grupos de objetos) sin considerar las causas del movimiento. La cinemática como campo de estudio a menudo se denomina "geometría del movimiento". Para obtener más detalles, consulte Cinemática .
Hartenberg & Denavit presenta la definición de un par cinemático:
En materia de conexiones entre cuerpos rígidos, Reuleaux reconoció dos tipos; los llamó pares (de elementos) superiores e inferiores. Con pares más altos, los dos elementos están en contacto en un punto o a lo largo de una línea, como en un rodamiento de bolas o un disco de leva y seguidor; los movimientos relativos de los puntos coincidentes son diferentes. Los pares inferiores son aquellos para los que se puede visualizar el contacto del área, como en las conexiones de clavija, crucetas , rótulas y algunos otros; el movimiento relativo de los puntos coincidentes de los elementos, y por tanto de sus enlaces, es similar, y un intercambio de elementos de un enlace a otro no altera el movimiento relativo de las partes como lo haría con pares superiores.
En cinemática, los dos objetos físicos conectados, que forman un par cinemático, se denominan "cuerpos rígidos". En los estudios de mecanismos , manipuladores o robots , los dos objetos se denominan típicamente "enlaces".
Par inferior
Un par inferior es una articulación ideal que restringe el contacto entre una superficie en el cuerpo móvil y una correspondiente en el cuerpo fijo. Un par inferior es aquel en el que se produce un contacto de superficie o área entre dos miembros, por ejemplo, tuerca y tornillo, junta universal utilizada para conectar dos ejes de hélice.
Casos de articulaciones inferiores:
- Una articulación de revolución en R , o articulación articulada, requiere que una línea en el cuerpo móvil permanezca colineal con una línea en el cuerpo fijo, y un plano perpendicular a esta línea en el cuerpo móvil mantenga contacto con un plano perpendicular similar en el cuerpo fijo. cuerpo. Esto impone cinco restricciones al movimiento relativo de los enlaces, que por lo tanto tiene un grado de libertad .
- Una articulación prismática en P , o deslizador, requiere que una línea en el cuerpo móvil permanezca colineal con una línea en el cuerpo fijo, y un plano paralelo a esta línea en el cuerpo móvil mantenga contacto con un plano paralelo similar en el cuerpo fijo . Esto impone cinco restricciones al movimiento relativo de los enlaces, que por lo tanto tiene un grado de libertad.
- Una junta roscada o una junta en H helicoidal requiere que se corten las roscas en dos eslabones, de modo que haya un movimiento de giro y deslizamiento entre ellos. Esta articulación tiene un grado de libertad.
- Una junta C cilíndrica requiere que una línea en el cuerpo móvil permanezca colineal con una línea en el cuerpo fijo. Es una combinación de una articulación giratoria y una articulación deslizante. Esta articulación tiene dos grados de libertad.
- Una junta universal en U consta de dos juntas angulares mutuamente ortogonales que se cruzan y conectan eslabones rígidos cuyos ejes están inclinados entre sí.
- Una articulación esférica en S o una articulación de rótula requiere que un punto del cuerpo móvil permanezca fijo en el cuerpo fijo. Esta articulación tiene tres grados de libertad, correspondientes a rotaciones alrededor de ejes ortogonales.
- Una articulación plana requiere que un plano del cuerpo en movimiento mantenga contacto con un plano del cuerpo fijo. Esta articulación tiene tres grados de libertad. El plano móvil puede deslizarse en dos dimensiones a lo largo del plano fijo y puede girar sobre un eje normal al plano fijo.
- Una articulación Pa de paralelogramo se compone de cuatro eslabones conectados entre sí por cuatro articulaciones de revolución en las esquinas de un paralelogramo.
Pares superiores
Generalmente, un par superior es una restricción que requiere una curva o superficie en el cuerpo en movimiento para mantener el contacto con una curva o superficie en el cuerpo fijo. Por ejemplo, el contacto entre una leva y su seguidor es un par superior llamado junta de leva . De manera similar, el contacto entre las curvas involutas que forman los dientes de engrane de dos engranajes son juntas de levas, al igual que una rueda que rueda sobre una superficie. Tiene un contacto de punto o línea.
Par de envoltura / Par superior
Un par envolvente / superior es una restricción que comprende cinturones , cadenas y otros dispositivos similares. Una polea accionada por correa es un ejemplo de este par. En este tipo de que es muy similar al par superior (que tiene contacto de punto o línea), pero que tiene contacto de múltiples puntos ...
Notación conjunta
Contexto
Los mecanismos, manipuladores o robots se componen típicamente de enlaces conectados entre sí por articulaciones. Los manipuladores en serie , como el robot SCARA , conectan una plataforma móvil a una base a través de una única cadena de eslabones y uniones. En robótica, la plataforma móvil se denomina "efector final". Varias cadenas en serie conectan la plataforma móvil a la base de manipuladores paralelos , como el mecanismo Gough-Stewart . Las cadenas en serie individuales de manipuladores paralelos se denominan "extremidades" o "piernas". La topología se refiere a la disposición de enlaces y articulaciones que forman un manipulador o robot. La notación conjunta es una forma conveniente de definir la topología conjunta de mecanismos, manipuladores o robots.
Abreviaturas
Las juntas se abrevian de la siguiente manera: prismática P, revoluta R , universal U , cilíndrica C , esférica S , paralelogramo Pa . Las articulaciones activadas o activas se identifican mediante guiones bajos, es decir, P , R , U , C , S , Pa .
Notación
La notación conjunta especifica el tipo y orden de las uniones que forman un mecanismo. Identifica las secuencias de articulaciones, comenzando desde la abreviatura de la primera articulación en la base hasta la última abreviatura en la plataforma móvil. Por ejemplo, la notación conjunta para el robot SCARA en serie es RRP , lo que indica que se compone de dos juntas revolucionarias activas RR seguidas de una junta P prismática activa . Las articulaciones repetidas pueden resumirse por su número; de modo que la notación conjunta para el robot SCARA también se puede escribir 2 RP, por ejemplo. La notación conjunta para el mecanismo paralelo de Gough-Stewart es 6-U P S o 6 (U P S), lo que indica que se compone de seis ramas en serie idénticas, cada una compuesta por una U universal , una P prismática activa y una articulación S esférica . Los paréntesis () encierran las articulaciones de las extremidades individuales en serie.
Ver también
Referencias
- Hartenberg, RS & J. Denavit (1964) Síntesis cinemática de enlaces , págs. 17, 18, Nueva York: McGraw-Hill, enlace en línea de la Universidad de Cornell .