Diseño e implementación de un controlador no-lineal para un brazo robótico con articulaciones flexibles y enlaces rígidos

Abstract

Los sistemas robóticos se están volviendo cada vez más complejos y las teorías de la ley de control tradicional pierden robustez, lo que aumenta la dificultad con la que se puede controlar el robot para interactuar con el entorno que lo rodea. El objetivo de este trabajo de investigación es el estudio de sistemas no lineales complejos con la particularidad de tener articulaciones flexibles y enlaces rígidos. Dicha flexibilidad provoca un comportamiento interesante en los sistemas robóticos porque duplica el número de variables involucradas en la tarea de control. Se han llevado a cabo varios estudios en la investigación de robots flexibles, sin embargo, la mayoría de ellos utilizan el marco clásico de Euler-Lagrange para describir los sistemas mecánicos. Este trabajo se ha centrado en la implementación de controladores no lineales dentro del marco portuario-hamiltoniano, y en la teoría de sistemas de perturbación singular a escala múltiple. En este sentido, la descripción matemática de dos leyes de control diferentes propuestas por [1] y [2] se presentan y adaptan a la planta física del brazo robótico Quanser de dos grados de libertad. Además, las ecuaciones de los controladores port-hamiltonianos propuestos se han implementado en una simulación para probar la validez de las leyes de control para la configuración rígida y flexible del robot. Finalmente, los controladores se han implementado en la planta física del brazo robótico para validar experimentalmente la teoría matemática de control propuesta. La implementación experimental de los controladores puerto-hamiltonianos propuestos mostró una mejora en el control del error de posición para la configuración rígida y flexible en comparación con un controlador de referencia propuesto por el fabricante del brazo robótico, con una tasa de error para el valor RMS de la señal inferior al 1,2% del valor RMS de la trayectoria deseada. Otros estudios y pruebas experimentales deben estar dirigidos a la implementación de controladores porto-hamiltonianos para lograr una tasa de error aún más baja.