Resumen de Diseño y control de robots modulares autoconfigurables para entornos semiestructurados
El mundo de la robótica está expandiendo sus dominios más allá del entorno industrial y a la vez que las personas se familiarizan con estos seres mecatrónicos llamados robots se tiende a ser más exigente con su desempeño. Como fruto de esta exigencia surgen los robots modulares autoconfigurables, que se pueden considerar como una evolución de los robots actuales. Su principal virtud es la carencia de configuración fija, pero ésta es también la principal dificultad para su diseño y control. Existen grandes retos que deben superarse en la robótica modular para poder explotar al máximo sus prometedoras características.
En esta tesis se hace un desglose de los principales elementos en el diseño de un robot modular. Además se dan varios criterios a tener en cuenta en el diseño de los robots modulares reconfigurables. Temas como la identificación de módulos en las reconfiguraciones, comunicación y coordinación entre módulos serán tratados como propuesta al control de robots modulares. Se citan algunos experimentos realizados con el robot modular RobMAT.
Se hace especial hincapié en conseguir un marco uniforme para el modelado dinámico de cualquier configuración de estructuras lineales y/o ramificadas de robots modulares. Al tener una configuración variable no se tiene a priori un conocimiento sobre la configuración del sistema. Tal característica hace que el modelado tanto cinemático como dinámico sea complejo. Siendo fundamental para conseguir un buen desempeño de este tipo de robot el contar con un algoritmo potente de modelado.
La aplicación de la teoría de grafos, la teoría de Screws y el Álgebra de Lie a los robots modulares aporta un modo compacto y elegante para su modelado. Lo que permite realizar un modelo cinemático directo basado en técnicas geométricas (libres de coordenadas).
Para el modelado dinámico se va a emplear la filosofía del doctor H.M. Paynter, la cual se concretiza en los Bond graphs. Este modo de modelar atiende al intercambio de potencia entre las diferentes partes del sistema a través de los llamados puertos. Los sistemas son modeladas empleando elementos de un conjunto de componentes fijo. Evolucionando los bloques de interconexión básicos de los Bond graphs se obtiene la estructura de Dirac, este elemento de la geometría diferencial representa una estructura de potencia conservativa de tal forma que modela la topología del sistema. La estructura de Dirac permite modelar subsistemas de cualquier dominio incluso de varios dominios. Cada uno de estos subsistemas puede combinarse con otros mediante la composición de estructuras de Dirac obteniendo como una nueva estructura de Dirac que modela un sistema mayor.
Una estructura de Dirac junto con elementos acumuladores/disipadores de energía conectados en sus puertos recibe el nombre de sistema de puerto Hamiltoniano con o sin disipación. Se presenta el modelo en forma de sistemas de puerto Hamiltoniano de elementos comunes en mecanismo como: cuerpos rígidos, pares cinemáticos, muelles espaciales y elementos disipativos. Los cuales al conectarse mediante una red de potencia conservativa dan lugar al modelo de la estructura mecánica completa. En el modelado dinámico se han utilizado tanto la ecuación de movimiento de Newton-Euler como la ecuación de movimiento de Euler-Lagrange. Dándose la relación entre ambas y su adaptación a sistemas de puerto Hamiltoniano usando la transformada de Legendre para encontrar la equivalencia entre Lagrangiano y Hamiltoniano.
Finalmente se presenta un marco para el modelado dinámico de robots modulares autoconfigurables presentado mediante una serie de ejemplos.
