Un manipolatore parallelo è un sistema meccanico che utilizza diverse catene seriali controllate da computer per supportare una singola piattaforma o effettore finale. Il più famoso robot parallelo è composto da 6 attuatori lineari che supportano una base mobile utilizzata per simulatori di volo e altre apparecchiature.
Si dice spesso che i robot paralleli siano più duri, più veloci e più precisi dei robot seriali. Tuttavia, i fatti sono molto più complicati, perché ci sono enormi differenze tra i robot paralleli.
Infine, si può affermare che la maggior parte dei dispositivi di posizionamento di precisione multiasse sono basati su robot paralleli, principalmente esapodi e treppiedi. Tuttavia, la ragione di questo fenomeno ha poco a che fare con l'accumulo di errori dei robot seriali (mentre gli errori dei robot paralleli sono nella media), e ha più a che fare con la rigidità dell'esapode e del treppiede.
Questi sistemi sono anche chiamati robot paralleli. Sono robot articolati che utilizzano un meccanismo simile per spostare la base del robot o uno o più manipolatori. Il loro"parallelo" differenza, rispetto al manipolatore seriale, è che l'effettore finale (o"mano") di questo collegamento (o"braccio") è ad esso collegato tramite dei (di solito tre o sei) meccanismi paralleli indipendenti sul piedistallo.
Quello che si usa qui è “parallelo” in senso topologico, non “parallelo” in senso geometrico; questi collegamenti interagiscono, ma ciò non significa che siano linee parallele.
Caratteristiche del progetto
Rispetto ai manipolatori seriali, ogni catena di manipolatori paralleli è solitamente più corta e di struttura semplice, quindi può resistere a movimenti non necessari. L'errore di posizionamento di una catena e gli errori di posizionamento di altre catene sono medi, non cumulativi. Per i robot seriali, ogni attuatore deve muoversi entro i propri gradi di libertà; tuttavia, nei robot paralleli, la flessibilità fuori asse dei giunti è influenzata anche da altre catene. È questa rigidità ad anello chiuso che rende l'intero robot parallelo rigido rispetto ai suoi componenti, a differenza della catena seriale, che riduce gradualmente la sua rigidità all'aumentare del numero di componenti.
Questo rinforzo reciproco consente anche una struttura semplice: la catena esapode con piattaforma Stewart utilizza attuatori lineari di giunti prismatici tra giunti sferici in qualsiasi direzione dell'asse. Gli snodi sferici sono passivi: si muovono semplicemente liberamente, senza attuatori o freni; le loro posizioni sono completamente limitate da altre catene. Il robot Delta ha un attuatore rotante montato su una base, che può muovere un braccio a parallelogramma leggero e rigido. L'attuatore è installato tra le parti superiori di tre dei bracci. Allo stesso modo, può essere installato anche su un semplice snodo sferico. La rappresentazione statica di un robot parallelo è solitamente simile a un traliccio articolato: le bielle e i loro attuatori sentono solo tensione o compressione, senza alcuna flessione o coppia, il che riduce ancora l'influenza di qualsiasi flessibilità sulla forza esterna dell'albero.
Un altro vantaggio del manipolatore parallelo è che gli attuatori pesanti sono spesso installati su un'unica piattaforma di base e il movimento del braccio viene effettuato solo attraverso i pilastri e gli snodi. Questa riduzione della massa lungo il braccio consente una struttura del braccio più leggera, con conseguente attuatore più leggero e movimento più rapido. Questa concentrazione di massa riduce anche il momento d'inerzia complessivo del robot, che può essere un vantaggio per i robot mobili o che camminano.
Tutte queste caratteristiche fanno sì che il manipolatore abbia un'ampia gamma di capacità di movimento. Poiché la loro velocità di azione è spesso limitata dalla rigidità piuttosto che dalla pura forza, possono muoversi rapidamente rispetto ai manipolatori seriali.
Rispetto ai manipolatori seriali, la maggior parte delle applicazioni robotiche richiede rigidità. I robot seriali possono raggiungere questo obiettivo utilizzando giunti rotanti di alta qualità che consentono il movimento su un asse ma sono rigidi per il movimento al di fuori dell'asse. Qualsiasi movimento consentito dal giunto deve essere eseguito anche sotto il controllo deliberato dell'attuatore. Un movimento richiede diversi assi, quindi sono necessarie molte di queste articolazioni. La flessibilità o la sciatteria non necessarie in un'articolazione possono causare sciatteria simile nel braccio: non c'è possibilità di supportare il movimento da un'articolazione all'altra. L'inevitabile isteresi e flessibilità fuori asse continuano ad accumularsi lungo la catena cinematica del braccio; i bracci di precisione sono un compromesso tra l'accuratezza, la complessità e il costo di questi giunti.
Rispetto ai robot seriali, uno dei principali svantaggi dei robot paralleli è che il loro spazio di lavoro è limitato, perché le loro gambe possono scontrarsi e (per i robot esapodi) ogni gamba ha cinque giunti passivi e ogni giunto ha i suoi limiti meccanici. Un altro svantaggio dei robot paralleli è che perdono completamente la loro rigidità in posizioni singolari (il robot guadagna incontrollabili gradi di libertà finiti o infiniti, può oscillare o muoversi). Ciò significa che la matrice jacobiana, la mappatura dallo spazio articolare allo spazio euclideo, diventa singolare (il rango decresce da 6).
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