Autor: Cristhian Ivan Riaño Jaimes

Director: Ph.D. Aldo Pardo García

 

RESUMEN

 

La presente investigación, presenta el diseño de un sistema de control aplicado a la robótica paralela. Para ello se realizó un completo diseño del robot, se caracterizó el funcionamiento de los motores tipo Brushless, se recopilo y analizo las distintas técnicas de control aplicables al sistema para culminar implementando un sistema de control por trayectoria que cumple con los requerimientos de control del robot paralelo de actuadores lineales.

Se detalla el estudio, diseño y desarrollo de un sistema de control aplicado a la robótica paralela específicamente a un robot Paralelo Delta Lineal que se considera como una configuración de robots paralelos. Como punto de partida se expone la arquitectura de control implementada, el modelado matemático del motor Brushless, la simulación y validación de los sistemas de control de corriente, velocidad y posición. Se culmina este capítulo con técnicas alternas de control para los motores con su respectiva validación. En secciones posteriores se realiza un análisis cinemático y se emplean algoritmos genéticos para el cálculo óptimo de las dimensiones las cuales fijaran el espacio de trabajo deseado para el robot. Luego se procede a realizar un estudio y diseño en CAD del robot para posteriormente realizar el desarrollo y construcción del robot. Implementa el control de trayectorias para el robot paralelo delta lineal y robot delta tipo Keops culminado con su puesta en marcha.

El robot que se presenta en este trabajo en un robot delta paralelo el cual se puede modificar su configuración para obtener dos variantes como son: Un robot paralelo delta lineal y un robot paralelo tipo Keops. A su vez estas configuraciones presentan la posibilidad de cambiar sus distancias respecto al centro del robot para el caso del robot paralelo delta lineal y modificar el ángulo de inclinación para el robot tipo Keops, propiciando distintas variantes objetos de estudio y con gran utilidad para los fines académicos que debe cumplir este robot. Una de las características de este robot es la alta precisión producto de sus actuadores que lo hacen idóneo para tares de posicionamiento y mecanizado que es la primera aplicación que se desarrolló para el robot delta lineal. Se pretende que a futuro inmediato la estructura robótica propuesta entre hacer parte de los experimentos y prácticas en materia como robótica, diseño, control y visión artificial.

Se determinaron las dimensiones óptimas del robot utilizando algoritmos genéticos de modo que interactúen las dos configuraciones del robot tipo delta línea y tipo Keops. Se diseña un controlado de velocidad para los motores brushless desde labview empleando dos técnicas distintas de control y creando la posibilidad para el diseño de nuevos controladores a futuro. Se simulo y valido el modelo del motor brushless operando con los distintos controladores de posición velocidad y corriente. Se determinó la cinemática inversa de las dos configuraciones de robots y se implementaron en algoritmos permitiendo simular el comportamiento del robot. Por último, se realiza un control de trayectorias para realizar las pruebas de funcionamiento arrojando los resultados que se exponen.

Bibliografía

 

[1] Y. S. E. Ali, S.B. M. Noor, S. M. Bashi, y M. K. Hassan, "Microcontroller performance for DC motor speed control system," in national proc. Power Engineering Conf. 2003, pp. 104-109.

 

[2] OLLEROBATURONE, Anibal, “Robótica, manipuladores y robots móviles” 1 ed. España 2001.

 

[3] MOLEYKUTTY, George "Speed control of separately excited DC motor". American Journal of Applied Sciences. FindArticles.com. 31 Julio, 2009.

 

[4] NABIL, Ahmed, "Modeling and simulation of acdc buck-boost converter fed dc motor with uniform PWM technique," Electric Power Systems Research, vol.73, issue 3, Marzo. 2005, pp. 363-372.

 

[5] ANCHANTE GUIMARAES, Cromwell Steven. “Modelación y simulación dinámica del mecanismo paralelo tipo plataforma de Stewart-Gough usado en un simulador de marcha”. Pontifica Universidad Católica del Perú. Lima, 2009.

 

[6] ZABALZA, Isidro y ROS, Javier. “Aplicaciones actuales de los robots paralelos”. 8º Congreso Iberoamericano de ingeniería mecánica, Cusco, 2007.

 

[7] ARACIL, Rafael, et al. Robots paralelos: máquinas con un pasado para una robótica del futuro. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, Vol. 3, Núm. 1, pp. 16-28, 2006.

 

[8] YAÑEZ, Ricardo. “Resolución de mecanismo paralelo planar 3RRR impulsado por actuadores eléctricos” Instituto Politécnico Nacional. México, 2007.

 

[9] J.E. Gwinnett, Amusement device, US Patent Nº US1789680, 1931.

 

[10] W.L.V. Pollard, Position-controlling aparatus, US Patent Nº US2286571, 1942.

 

[11] Gough, V.E. y S.G. Whitehall (1962). Universal tyre test machine. Proceedings of the FISITA Ninth International Technical Congress, pp. 117-137.

 

[12] ANGEL, L.; SALTAREN, R.; SEBASTIAN, J.M.; HANSSON, A.; ARACIL, R. “Robotenis: parallel robot with visual control”. IEEE. Automation Congress, 2004.

 

[13] ANGEL, L, et al. “Control visual de robots paralelos. Análisis, desarrollo y aplicación a la plataforma Robotenis”. Universidad Politécnica de Madrid. Madrid, 2005.

 

[14] VIVAS, A. Robótica Paralela: Aplicaciones Industriales, Modelado y Control. Universidad Del Cauca, 2005. 131

 

[15] MERLET, J. P. Parallel Robots (Solid Mechanics and its Applications), Second Edition, Springer, 2006.

 

[16] CLAVEL, R. Une nouvelle structure de manipulateur parallèle pour la robotique légère. Journal Européen des Systèmes Automatisés, 23, Vol. 6, pp. 501-519. 1989.

 

[17] CLAVEL, R. Device for the movement and positioning of an element in space. U.S. Patent 4,976,582, 1990.

 

[18] Qiaoling Yuan, Shiming Ji, Zhongfei Wang, Guan Wang, Yuehua Wan and Li Zhan, Optimal Design of the Linear Delta Robot for Prescribed Cuboid Dexterous Workspace based on performance chart, Proceedings of the 8th WSEAS International. Conference on Robotics, Control and. Manufacturing Technology (ROCOM '08). Hangzhou, China, Abril 6-8, 2008.

 

[19] Mitsi S, Bouzakis KD, Misopolinos L, Milutinovic D. Optimal design of three translational 3 DOF parallel mechanisms for machining processes with genetic algorithms, Proceedings of the 3rd International Conference on Manufacturing Engineering (ICMEN), 1-3 octubre 2008, Chalkidiki, Greece.

 

[20] LI, Yangmin. and XU, Qingsong. “Kinematic analysis of a 3-PRS parallel manipulator”. Department of Electromechanical Engineering, Faculty of Science and Technology, University of Macau, Taipa, Macau SAR, PR China. Revisado de ELSEVIER, 2007.

 

[21] GODOY, J; BLANCO, A; MÁRQUEZ, E. “Robot Paralelo para la Rehabilitación de Tobillo”, Centro nacional de investigación y desarrollo tecnológico, Departamento de Mecatrónica. Cuernavaca, Morelos, México. Febrero del 2012.

 

[22] REYNOSO, Gilberto; FAVELA, Antonio, “Maximización del espacio de trabajo en un robot manipulador paralelo tipo Delta con actuadores lineales”. Departamento de Mecatrónica y Automatización ITESM Campus Monterrey, México.

 

[23] MARTÍNEZ, E.; PEÑA, C.; CONTRERAS, D.; MORGADO, J. Avances en el diseño de una plataforma para el control remoto de una estructura paralela vía LAN. Universidad de Pamplona. Revisado de la Revista Colombiana de Tecnologías de avanzada, ISSN: 1692-7257 - Volumen 2 - Número 18 - Año 2011.

 

[24] MARTÍNEZ, E.; PEÑA, C. Diseño óptimo de un robot paralelo con configuración delta para aplicaciones educativas. Revisado de la Revista educación en ingeniería. Pág. 111-118. Diciembre, 2010.

 

[25] MARTÍNEZ, E.; PEÑA, C.; CÁRDENAS, P. Optimización dimensional de un robot paralelo tipo delta basado en el menor consumo de energía. Revisado de Ciencia e Ingeniería Neogranadina, Vol. 21-1, pp, 73-88, Bogotá, Junio de 2011, ISSN 0124-8170. 132

 

[26] HERRERA, M.; PEÑA, D.; QUINTERO, H. “Construcción de un manipulador paralelo espacial tipo DELTA de tres grados de libertad”, universidad tecnológica de Pereira, Pereira. (2009).

 

[27] BALMACEDA, A. y CATILLO, E. “Metodología de rediseño de un robot paralelo tipo Delta de 3 grados de libertad en función de un espacio de trabajo prescrito”. Instituto Politécnico Nacional, Querétaro, México. Diciembre, 2011.

 

[28] M.A. Laribi, L. Romdhane and S. Zeghloul (2008). Advanced Synthesis of the DELTA Parallel Robot for a Specified Workspace, Parallel Manipulators, towards New Applications, Huapeng Wu (Ed.), ISBN: 978-3-902613-40-0, InTech.

 

[29] Barrientos, A, Fundamentos de Robótica, 2ª edición, McGraw Hill,Madrid, España (2010).

 

[30] Protocolo CANopen. “CANopen: high level protocol for CAN-bus”.

http://www.nikhef.nl/pub/departments/ct/po/doc/CANopen30.pdf

 

[31] Práctica Epos2-CANopen. (Universidad de Pamplona). Agosto, 2012.

 

[32] BOURI, M. y CLAVEL, R. The Linear Delta: Developments and Applications. Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Institut de Microtechnique, Laboratoire de Systèmes Robotiques, Lausanne, Switzerland. ISR/ROBOTIK, 2010.

 

[33] BRIONES LEON, Juan, CASTILLO Eduardo y MORALES Eduardo. Diseño, análisis y construcción de un robot paralelo traslacional. Instituto Politécnico Nacional. Querétaro, 2009.

 

[34] http://www.ikont.co.jp/global_data/download/pdf_catalog/cat5502dLHS.pdf

 

[35] QIAOLING YUAN, SHIMING JI, ZHONGFEI WANG, GUAN WANG, YUEHUA WAN AND LI ZHAN, Optimal Design of the Linear Delta Robot for Prescribed Cuboid Dexterous Workspace based on performance chart, Proceedings of the 8th WSEAS International. Conference on Robotics, Control and. Manufacturing Technology (ROCOM '08). Hangzhou, China, April 6-8, 2008.

 

[36] DEEPTI R CHIKKAM “Performance of Disc Brushless DC Motor Applied as Gearless Drive for Wheelchair”.

 

[37] ABUABARA CASERTA RICHARD ISAAC “Diseño e Implementación de un Sistema de Control de Velocidad para un Motor Brushless marca Maxon ”.

 

[38] ENRIQUE L. CARRILLO ARROYO “Modeling and Simulation of Permanent Magnet Synchronous Motor Drive System”.

 

[39] ATEF SALEH OTHMAN AL-MASHAKBEH “Proportional Integral and Derivative Control of Brushless DC Motor”. 133

 

[40] ALDO PARDO GARCÍA, JORGE LUIS DÍAZ RODRÍGUEZ “Fundamentos En Sistemas De Control Automatico”.

 

[41] CALIN RUSU, ALEXANDRU BARA, BENK ENIKÖ “Embedded target toolbox for DSP control applications of BLDC motor”.

 

[42] IGOR KARASKAKOVSKI1, GOCE SHUTINOSKI “Comparison Of Sliding Mode And Proportional Integral Control For Brushless Dc Motor”

 

[43] MIKE DOMENIK RINDERKNECHT “Design of a demo experimental setup for human augmentation”

[44] C_EDRIC SIEGENTHALER “Energy Consumption Minimization on a Robotic Fish”