SISTEMA DE CONTROL PARA UN ROBOT UPN

SISTEMA DE CONTROL PARA UN ROBOT SELF-BALANCING DIEGO MAURICIO MUÑOZ GARCIA Universidad Pedagógica Nacional Facultad de Ciencia y Tecnología Departamento de Tecnología Licenciatura en Electrónica Bogotá D. C 2013 2 RESUMEN ANALITICO 9 p 1. Información General Tipo de documento Monografía – Trabajo de grado. Acceso al documento Universidad Pedagógica Nacional. Biblioteca Central Titulo del documento SISTEMA DE CONTROL PARA UN ROBOT SELF-BALANCING. Autor(es) control, inicialmente se construye la estructura mecánica que está enfocada en el diseño de péndulo invertido, buscando corregir el étodo de movilización sobre dos ruedas.

Para esto se incorpora una tercera rueda y se establece una separación entre ellas de 600, permitiendo desplazar la estructura sobre la esfera sin necesidad de frenar. Para corregir la posición se diseña el circuito que permite establecer el ángulo de inclinación de la estructura 3 mecánica, el circuito de potencia para el funcionamiento de los motores, el control de velocidad y el control difuso que establece las reglas de comportamiento consecuentes a las perturbaciones de la posición de la estructura para así mantenerla en un ángulo de 900 sobre la uperficie terrestre. . Fuentes GARCIA BREIJO EDUARDO, compilador c ccs y simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC México, junio de 2008. MIGUÉLEZ GARCÍA RUBÉN. Estudio diseno y desarrollo de una aplicación de tiempo real y de un simulador para su comprobación: péndulo invertido. Disponible en internet. http://marte. unican. es/projects/xrubenx/pendulum. pdf MIGUEL Varga Juan y GHENZI Néstor. Introducción a la dinámica no lineal: péndulo invertido forzado. Disponible en internet. http://www. ib. cnea. gov. ar/-experim2/informes2006/inf016. df KUMAGAI Masaaki y GAKUIN Tohoku University. A Robot That Balances on a Ball (Un robot que balancea sobre una pelota n internet: http://spectrum. ieee. org/a otics/robotics-software ángulos de inclinación usando sensores inerciales como acelerómetro y giroscopio. Quito, febrero 2010 Mínguez, G (2009). Integración Kalman de sensores inerciales INS con GPS en un UAV. (Tesis de Pregrado). Universitat Politécnica de Catalunya. España. Wang, Rizos y Li. Application of a Sigma-point Kalman filter for alignment of MEMS-IMU (artículo).

University of New South Wales (sydney). Australia. 4. Contenidos El presente documento consta de tres secciones en los que se resenta el desarrollo de toda la implementación realizada. En sección I se expone el contexto investigativo y los objetivos que se propusieron para dar respuesta y solución a la problemática de control planteada. En la sección II se expone la metodología utilizada para el desarrollo de la construcción e implementación de la planta y el modelo de control y se describe minuciosamente la ruta de modelamiento difuso sugerida.

Finalmente en la sección III se presentan los análisis de los resultados obtenidos durante la implementación de la metodología difusa y las reflexiones finales ue deja este trabajo de desarrollo. 5. Metodología Como metodología a implementar se utiliza RUP (Rational Unified Process) la cual es una metodología de desarrollo de software que sin embargo brinda herramientas y estructuras útiles para el desarrollo e imple proyecto. Tiene cuatro fases de impl a fase de inicio está de diseño, en esta fase se hace un énfasis en el diseño del modelo matemático del sistema dinámico. Al igual que el diseño de la simulación del comportamiento del modelo. Fase de implementación en esta fase se va a implementar el sistema de control que permitirá ealizar las pruebas de estabilización al sistema esfera-barra. Fase de transición, en esta fase busca garantizar que se tiene un prototipo preparado para su entrega final.

El RUP es un producto de Rational (IBM). Se caracteriza por ser iterativo e incremental, estar centrado en la arquitectura y guiado por los casos de uso. Incluye artefactos (que son los productos tangibles del proceso) y roles (papel que desempeña una persona en un determinado momento, una persona puede desempeñar distintos roles a lo largo del proceso). La estructura dinámica de RUP es la que permite que éste sea un roceso de desarrollo fundamentalmente iterativo. 6.

Conclusiones Se diseñó y construyó el sistema de estabilidad «Self-Balancing sobre una esfera» cumpliendo con los objetivos propuestos y los módulos básicos para su funcionamiento. Su aplicación está orientada al desarrollo de controladores difusos que permitan estabilizar plataformas no lineales que se plantean como proyectos en algunos espacios académicos de la licenciatura en electrónica. Este prototipo permite la simulación de distintos sistemas de controladores difusos, gracias a su versatilidad en la parametrización y sintonización de as variables que lo rigen.

Un aspecto importante qu omo resultado, es el 4 3g comportamiento del sens variables de entrada al controlador difuso y la vez es el que determina la estabilidad de todo el sistema. por lo que se dio a conocer la importancia de la corrección de los ángulos por medio del algoritmo del filtro kalman y se brindan herramientas que permiten su análisis y diseño, para realizar posteriores trabajos sobre estabilización en donde aplique estos parámetros de comportamiento.

Los componentes mecánicos juegan un papel fundamental en los sistemas self-balancing debido que la estabilización de la plataforma depende del movimiento y reacción adecuado de cada elemento que interactúa con el sistema, como lo es en este caso la superficie esférica, la cual da un grado de inestabilidad mayor al del modelo de péndulo invertido sobre dos ruedas. Por esta razón las ruedas omnidireccionales permitieron el correcto funcionamiento del proyecto planteado, permitiendo la libre movilidad de la estructura sobre la esfera, sin generar ninguna perturbación por fricción.

Otro aspecto interesante a valorar, es el hecho de poder observar las características en tiempo eal del sistema en lazo abierto, en donde se identifica los puntos de inestabilidad más 5 predominantes en la planta, y de esta manera poder entablar las variables, los conjuntos y las reglas que empleara el controlador difuso para poder estabilizar la posición de la planta. Elaborado por: Diego Mauricio Muñoz García. Revisado por: 9 Director Mg ALBERTO MORALES 7 tabla de contenido pag. 1. Introducción 6 2. Planteamiento del problema 3.

Antecedentes 8 4. Justificación 9 5. Objetivos 6 9 identification» 20 20. Figura 10. 1 Esquema de composición PID 21 21. Figura 10. 2 Diagrama de flujo del controlador PID 3 22. Figura 11. sensor IMIJ 24 23. Figura 12 Funciones de pertenencia, entrada Angulo X. 37 24. Figura 13 Funciones de pertenencia, entrada Angulo Y. 38 25. Figura 14. Funciones de pertenencia, velocidad de los motores 39 26. Figura 15. Funciones de pertenencia, dirección de los motores 27. Figura 16. Control difuso del pwm en Matlab. 3 7 39 Dichas herramientas no son solo datos teóricos y gráficos sino también un hardware que permite constatar los análisis previamente realizados. Esto ayuda desde la didáctica de la pedagogía a tener otros puntos de vista y análisis sobre n determinado tema, puesto que ya no se iría de lo teórico a lo práctico, sino que se analizaría un sistema real. En la educación en tecnologia y electrónica el hecho de poder verificar los análisis teóricos en cosas reales hace que el aprendizaje sea significativo.

En este proyecto se desarrolla un controlador de posición mediante la metodología de lógica difusa, su objetivo es controlar un sistema de auto estabilidad el cual se moviliza sobre un plano esférico y debe mantenerse a 900 grados con respecto al plano terrestre. Dicho sistema consta de una estructura cilíndrica y tres motores os cuales generan el movimiento dependiendo de la posición que indique el sensor IMIJ, unidad de medida inercial. 11 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las diferentes investigaciones en robótica se plantean alrededor de tres campos de estudio: Swarm robotics, Field Robotics y Behavior Robotics.

En este último campo se estudia el desarrollo de plataformas y su dinámica y cinemática buscando el diseño de controladores que brinden estabilidad, Tracking y Robustez. 8 g Los robot tipo selfbalancin ortunidad interesante para desplaza en dirección horizontal. La barra aturalmente tiende a caerse desde la posición vertical, ya que es una posición de equilibrio inestable. El robot planteado en este estudio se compone de un eje (péndulo) el cual está realizando el equilibrio sobre una esfera.

En este caso es necesario diseñar un sistema de control que permita llevar al punto de equilibro el robot. 12 3. ANTECEDENTES. Estudio y desarrollo de una estrategia para controlar la estabilidad de una plataforma bipeda con proporciones antropométricas e implementación de un prototipo capaz de caminar en un trayecto plano. TE-12782 Este documento muestra de primera mano un análisis atemático por el método numérico de Euler del péndulo invertido real con un motor, un arreglo de piñones y una banda para el desplazamiento del péndulo, este último realizado en [email protected]

Estos dos estudios se realizaron en pro del modelamiento de la marcha bípeda en un solo plano (plano x). El cual se plantea una estrategia de control por un arreglo fuzzy hibrido deslizante dividido en varios bloques fuzzy. Desarrollo de un sistema con dos ruedas de apoyo equilibrio para un móvil moto-reductores con encoders, donde los moto-reductores sirven como actuadores y los encoders como sensor de ealimentación de la velocidad.

Diseño de un móvil con cuatro puntos de apoyo para terrenos irregular con sistema para control de estabilidad electrónico digital. TE-12312 Conseguir un sistema total acoplado entre parte de control y mecanica que le permita al móvil desplazarse por terreno irregular ejecutando maniobras para mantenerse en equilibrio, independiente de las condiciones de inclinación a los que lo someta el medio, teniendo en cuenta obviamente condiciones límites de operación. 13 4. JUSTIFICACION.

El desarrollo y creación de prototipos que permitan la estabilidad e sistemas sobre una superficie (péndulo invertido) es una propuesta que se desarrolla en la universidad pedagógica como herramienta para promover en el estudiante el interés por la robótica y la teoría de control; buscando por medio de esta motivación incentivar la Investigación en varias áreas de la electrónica. Como propuesta y continuación a proyectos sobre péndulo invertido y sistemas de auto estabilidad ya desarrollados en la universidad, este estudio se enfoca en el diseño e implementación de un co ermita a un sistema no 0 DF 39 lineal mantenerse con un