Tesis:
Reference tracking control for non classically actuated robotic systems
- Autor: FERNANDEZ SAAVEDRA, Roemi Emilia
- Título: Reference tracking control for non classically actuated robotic systems
- Fecha: 2006
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: ARMADA RODRIGUEZ, Manuel
- Director/a 2º: ARACIL SANTONJA, Rafael
- Resumen: A pesar de los notorios avances experimentados por la robótica en los últimos 30 años, aún existen ciertos problemas que obstaculizan su completa integración en los sectores productivos de la sociedad. Los robots con ruedas y los robots caminantes son dos de los principales grupos que constituyen los robots móviles. Aunque los robots con ruedas han alcanzado una autonomía bastante satisfactoria, en muchas aplicaciones pueden carecer de la tracción necesaria y sufrir deslizamientos en sus ruedas, especialmente en superficies que presentan un coeficiente de fricción estática pequeño. Los robots con patas, por su parte, exhiben una mayor movilidad y versatilidad que los robots móviles con ruedas, pero están significativamente limitados por las bajas velocidades y los elevados consumos energéticos, lo que restringe notablemente su autonomía. Con el fin de mejorar el rendimiento de los robots móviles actuales, esta Tesis Doctoral se centra en el análisis, diseño y evaluación tanto de estrategias de control como de métodos de actuación no convencionales, que nos permitan incrementar la velocidad y la eficiencia energética de los robots caminantes y mejorar la tracción de los robots con ruedas que se muevan en superficies con un bajo coeficiente de fricción estática. Así pues, los objetivos fundamentales de la tesis son: 1.- La investigación de técnicas de control modernas para el diseño e implementación de controladores no lineales que proporcionen un seguimiento asintótico de las señales de referencia deseadas. 2.- La generación de las señales de referencia utilizando métodos de control de mínima energía y de tiempo óptimo, entre otros. 3.- El diseño de nuevos métodos de actuación no convencionales para robots móviles. 4.- La aplicación de los controladores diseñados para la resolución de los problemas que surgen de la utilización de los métodos de actuación no convencionales. Estos objetivos globales tienen dos finalidades directas: mejorar el funcionamiento y la eficiencia de los robots móviles, y garantizar la estabilidad de los sistemas propuestos. En la memoria se describen tres sistemas robóticos que han sido especialmente diseñados como alternativas a los sistemas y métodos de actuación clásicos. Estos sistemas robóticos, inspirados en tres tipos de aplicaciones muy diferentes son: Un accionamiento cuasi-resonante dual llamado Dual SMART. Un robot móvil con una distribución especial de la fuerza de tracción. Un robot saltador resonante. Estos tres sistemas robóticos actuados de forma no convencional exhiben una dinámica compleja, lo que plantea desafíos considerables en el diseño de sus respectivos sistemas de control. Para afrontar estos problemas complejos, la metodología adoptada pone de manifiesto que una sólida teoría de control no lineal y un conocimiento detallado del sistema físico subyacente deben ir de la mano, y que numerosas simulaciones y evaluaciones experimentales son necesarias con el fin de superar el vacío existente entre la teoría y las aplicaciones prácticas. Las características dinámicas no lineales de algunos de estos sistemas robóticos se examinan entonces, utilizando nuevos métodos de cálculo analítico. Estos métodos nos permiten, entre otras cosas, resolver problemas de análisis dinámico y síntesis (incluyendo la optimización de algunos parámetros del sistema) y obtener un claro patrón físico de su funcionamiento. La teoría clásica de Lyapunov, combinada con técnicas modernas como backstepping y observer-based backstepping, son algunas de las herramientas utilizadas en esta tesis para el diseño de los sistemas de control. Estos controladores propuestos proporcionan un seguimiento asintótico de las señales de referencia, que son diseñadas de tal forma que obligan a los sistemas a alcanzar objetivos de funcionamiento predeterminado. La teoría clásica de control óptimo juega un papel muy importante en el cálculo de algunas de estas trayectorias de referencia. Para verificar que los métodos de actuación no convencionales y las estrategias de control adoptadas cumplen con el desempeño deseado, se llevan a cabo numerosas simulaciones. Por último, la implementación de las estrategias proyectadas en prototipos reales ilustra cómo la teoría puede en realidad ser utilizada para aplicaciones prácticas con viabilidad y eficiencia.