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16/3/2004

Nuevos métodos para mejorar el comportamiento de los robots industriales

El profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Pública de Navarra Jesús Mª Corres Sanz propone, en su tesis doctoral, un nuevo método que permite, entre otras aplicaciones, mejorar la respuesta a las perturbaciones de las máquinas eléctricas como las que se ve sometido un vehículo eléctrico. Estas técnicas, además, se pueden aplicar a cualquier tipo de robots industriales.

En esta tesis se estudia el diseño de observadores de velocidad y par de perturbación para su aplicación a sistemas mecatrónicos dotados de encoder como sensor de posición. Los observadores son algoritmos de seguimiento. Es un tema muy interesante desde el punto de vista de la aplicación en el área industrial. En concreto se aplica en el campo de todo tipo de máquinas-robots, láseres para el contorneo de las piezas, etc.

La investigación se inició con una revisión de la principal bibliografía que existía sobre el tema. Para ello, Jesús Mª Corres abordó el primer capítulo teórico desde dos aproximaciones. Con respecto al primer método, Jesús Mª Corres propone modificar el filtro Kalman para reducir el efecto de la cuantificación del transductor de posición digital.

Respecto al segundo enfoque, los observadores obtenidos se caracterizan por dar estimaciones con un margen de error garantizado, lo que es en muchos casos una información más útil para el diseño de un sistema que el que da la aproximación estadística. Precisamente este segundo apartado llamado enfoque de “límites garantizados” es uno de los capítulos más novedosos de la tesis ya que nunca hasta ahora se había aplicado en estas áreas.

Tarjeta de procesamiento digital

El comportamiento de estos algoritmos propuestos fue contrastado en la última parte de la investigación, mediante su implementación en un sistema de control vectorial de la máquina de inducción basado en Digital Signal Processor, diseñado para este trabajo. Para ello se construyó una tarjeta basada en DSP para probar los algoritmos propuestos con la máquina de inducción.

El resultado se aplicó inicialmente en el banco de ensayo que cuenta el la universidad y ahora se intentará aplicar a un robot real.

Las aplicaciones prácticas de la investigación son muchas. Así en un vehículo eléctrico la puesta en marcha de este sistema permite la supresión de las vibraciones que estos producen. Además, también se puede estimar la adherencia de la carretera y predecir la trayectoria de un vehículo de estas características. Otras aplicaciones del sistema serían en robots, turbinas eólicas, trenes de laminación, o la supresión de la vibración de un ascensor, entre otras.

La aplicación de las técnicas propuestas, sólo se requiere que la medida de la posición angular del eje de la máquina se realice mediante un encoder digital; esto es así en aquellas máquinas para las que la precisión y robustez son importantes, como las máquinas de control numérico o los robots.

Además concluye, las dos líneas que se han explorado, no se contraponen, sino que se complementan, y su aplicación depende del modelo de las perturbaciones de que se pueda disponer en cada sistema en concreto. Así, la aproximación estadística maneja más información y en consecuencia proporciona estimaciones más ajustadas. Con ello se logra extender el rango de funcionamiento del controlador del movimiento a muy baja velocidad, mejorando la rapidez de respuesta a las perturbaciones externas. En cuanto a la aproximación no estadística tiene la ventaja de que permite expresar de un modo más directo las incertidumbres en las entradas y salidas desde el punto de vista del diseñador del sistema de control.