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Tesis:

Dinámica y control para la locomoción estable de robots con patas en entornos subacuáticos

  • Autor: PORTILLA TUESTA, Gerardo Alejandro

  • Título: Dinámica y control para la locomoción estable de robots con patas en entornos subacuáticos

  • Fecha: 2020

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES

  • Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/65407/

  • Director/a 1º: SALTARÉN PAZMIÑO, Roque

  • Resumen: La robótica subacuática ha ido evolucionando en los últimos años con el objetivo de explorar los incontables recursos, mineros, orgánicos y de exploración que posee el océano y que pueden ofrecer desde alternativas energéticas hasta aportaciones en medicina. En concreto, los últimos robots con patas submarinos nacieron con el fin de lograr una mayor estabilidad en el fondo acuático, pero los desarrollos más recientes se han limitado a una locomoción estática. Por ello, la presente tesis se propone contribuir en el desarrollo de la locomoción de robots con patas subacuáticos hacia el avance del caminado dinámico. Para esto se construyó un robot bípedo planar subacuático de actuación hidráulica junto a un sensor mecánico para medir la velocidad del fluido relativa al robot. Se determinaron la cinemática inversa y la dinámica que describe al robot, y se corroboraron los modelos mediante simulaciones computacionales. Además, se propusieron tres estrategias de control para una locomoción estable y dinámica. La primera se basa en un nuevo modelo, que es el punto de momento cero subacuático que mediante un control predictivo permite generar la trayectoria del centro de masa con las aceleraciones correctas para que el caminado sea estable y compense los momentos generados por las fuerzas dinámicas del robot. La segunda estrategia de control propuesta es la de control de posición con compensación dinámica, que permite controlar los actuadores a pesar de los cambios de carga dinámica que existen en el proceso de caminado. El tercer modelo se basa en un modelo que llamamos punto de momento cero subacuático auxiliar y que permite al robot recuperar el balance cuando se genera una perturbación externa del fluido, haciendo que el robot reaccione y busque una posición estable. Finalmente, para comprobar la teoría propuesta, el robot bípedo planar fue experimentado en una piscina de 4.5 metros de profundidad, obteniendo un caminado estable y logrando que el robot reaccione ante perturbaciones externas del fluido, retroceda y recupere el balance. ----------ABSTRACT---------- The great resources, mining, organic and exploration, that are offered by the ocean are immense, from energy to medicine solutions. For this reason, underwater robotics has been developed with the aim of exploring this environment. Its development has seen from underwater robots up to underwater legged robots. They were born with the need to have greater stability in the underwater bottom; however their static locomotion developments are still limited. For this reason, in this thesis the locomotion development of the legged underwater robots and the dynamic walking are proposed. In order to do that, the underwater planar bipedal robot with the hydraulic actuation was built. Moreover, a mechanical sensor to measure the velocity of the fluid relative of the robot. The inverse kinematics and dynamics that describe the robot were determined, and these models were corroborated by computer simulations. Three control strategies for a stable and dynamic locomotion were proposed. The first based on a new model that is the underwater zero moment point. A predictive control of this model allows to generate the center of mass path with the correct accelerations. In this way, the walking is stable and are compensated the generated moments by the dynamic forces of the robot. The second control strategy is the position control with dynamic compensation. It allows the actuators to be controlled despite the dynamic load changes that exist in the walking process. The third proposed model is based on a model that is called underwater zero moment point auxiliary. It is a model that allows the robot to recover the balance when an external disturbance of the fluid is generated. It is caused the robot to react and look for a stable position. Finally, to verify the proposed theory, the planar bipedal robot was experimented in a pool of 4.5 meters deep. This experiment has obtained a stable walk and reaction of the robot to the external fluid disturbances. It caused the robot to back off and recover the balance.