En este artículo se muestra el procedimiento para hallar la velocidad total de un sistema de varios grados de libertad de un manipulador.
Palabras claves - Jacobiano Tres grados de libertad Manipulador
Desarrollo

Para el siguiente manipulador se desea encontrar el punto de las pinzas teniendo en cuenta los ángulos de rotación
entre el plano cero y uno y
entre el plano uno y dos.
Para la solución del problema se desarrolla primero la translación.

Para cada plano se halla las componentes de seno y coseno.

Estas componentes son los puntos del origen del plano dos de x y y con respecto a uno.

La ecuación general queda:

Para la rotación utilizamos las siguientes ecuaciones:

Esta es la ecuación general para hallar el punto del plano dos con respecto al plano uno.
- Velocidades lineal, angular y jacobiano.
En el siguiente desarrollo teórico, permite hallar la velocidad lineal y angular de un manipulador con tres grados de libertad y la relación que existe entre las dos con el método del Jacobino.
Considérese un manipulador plano con tres articulaciones de rotación pero, en este caso, con los ejes del marco de referencia {3} en la misma dirección que los del {2}. Se desean encontrar la velocidad en el origen del sistema {3} y el jacobiano del manipulador.
Como es un manipulador de tres grados de libertad se deben hallar las velocidades angulares y lineales de los tres sistemas para hallar la velocidad resultante del manipulador por medio del Jacobiano.
Las ecuaciones empleadas son obtenidas gracias a la propagación de las velocidades.
Al estar el manipulador sobre el eje Z, entonces se utilizan las siguientes matrices de rotación para cada plano.

En el plano tres al tener la misma rotación del plano dos se utiliza la matriz identidad.
Sabiendo que la velocidad angular del sistema i+1 es:

La velocidad angular del sistema uno es igual a la rotación del sistema cero respecto a uno por la velocidad angular del sistema cero la cual es cero en cada una de sus de sus componentes puesto que el sistema cero es fijo; mas la derivada con respecto al tiempo de la variable articular
La velocidad lineal es cero en cada uno de sus componentes por que no hay translación.
Se halla la velocidad angular y lineal del sistema dos.

Primero se hace el producto punto de la matriz de rotación del sistema dos por la velocidad angular del sistema uno.

Luego este resultado lo sumamos a la derivada con respecto al tiempo de la variable articular.

Para hallar la velocidad lineal del sistema dos se tiene en cuenta un punto
que es el vector desde el origen del sistema uno al del sistema dos expresado en el sistema dos, expresado en sistema uno. Para hallar la velocidad se considera la expresión resultante de la velocidad con respecto al sistema i+1 es:

v =velocidad lineal.
Se desarrolla primero el producto cruz entre la velocidad angular y el vector que expresa la posición del origen de dos en el sistema uno.

Entonces:

La velocidad angular del sistema tres es igual a la del sistema dos debido a que no hay ángulo rotación del sistema tres respecto al dos.

Haciendo el producto cruz:

Se suma la velocidad lineal del sistema dos con el producto cruz de la matriz de rotación del sistema dos en tres con el punto 

La siguiente expresión expresa la velocidad del plano tres en el plano cero

Resultados
En el siguiente ejercicio se pondrá en práctica cada una de las ecuaciones que se desarrollaron en la parte del desarrollo.
Se desea encontrar la velocidad en el origen y el Jacobino del manipulador, con ángulos de rotación de 35ºpara el primer plano y de 54º para el segundo, y longitudes de cada brazo de 5 y 3.
Solución:
Se plantean las matrices de rotación para cada plano del manipulador:

Para la obtención del Jacobiano del manipulador se deben tener las velocidades lineal y angular de cada uno de los planos del sistema de robot de tres grados de libertad, con el método de la velocidad de propagación.
Velocidades del primer plano:

La velocidad angular del plano cero es nula, ya que no tiene niguna rotación por ser el plano de referencia para los demás planos. Remplazando

En el primer plano no existe de movimiento de translación por consiguiente la velocidad lineal es cero.

Velocidades del segundo plano:


Solución del producto cruz

Velocidades del tercer plano
AL tener el mismo ángulo de rotación el plano tres con el dos la velocidad angular es igual.


Solución del producto cruz

Remplazando en la ecuación (1)

Por tanto el Jacobiano expresado en el plano tres es:

La velocidad del plano tres expresada en el plano de referencia cero:

Se realiza el producto entre las matrices

El jacobiano expresado en 3 es:

El vector es la relación de las velocidades articulares con las velocidades cartesianas del extremo.
Conclusiones
El proceso del jacobiano permite un cálculo concreto de la velocidad de las articulaciones de un robot manipulador, sin importar cuantas tenga, y permite la relación de la velocidad angular y lineal.