En la actualidad existe una gran variedad de sistemas robóticos, esto se debe a que su área de aplicación se ha extendido, desde sus origines en tareas de manipulación, a muchas otras disciplinas como la medicina, el transporte, la vigilancia, etc. Dentro de toda esta variedad de dispositivos se encuentra una categoría que es de gran interés en el área de control, la cual corresponde a los sistemas subactuados.
Un sistema subactuado es aquel que tiene más movimientos que actuadores, un actuador en un mecanismo que transforma energía en alguna forma de movimiento, como los motores. Algunos ejemplos de sistemas robóticos subactuados son los drones, que con solo cuatro rotores pueden desplazarse de manera vertical, horizontal y frontal además de controlar su inclinación desde diferentes ángulos. Otro ejemplo son los vehículos Segway que con dos ruedas de tracción pueden moverse de manera frontal, cambiar su orientación y mantener su inclinación con respecto de la vertical.
Los sistemas subactuados son de gran interés porque permiten realizar tareas complejas con menor consumo de energía, sin embargo desde el punto de vista de control, son sistemas desafiantes, debido a la relación no lineal de sus elementos, que requieren técnicas avanzadas de estudio.
En el laboratorio de Automatización e Instrumentación de la UPT se trabaja en el diseño y control de un nuevo mecanismo subactuado que denominamos como péndulo inercial de cuatro grados de libertad, el estudio de este mecanismo está a cargo de Martin Bustamante Enciso, estudiante de la Maestría en Automatización y Control de la UPT.
El sistema desarrollado se basa en el mecanismo clásico conocido como péndulo inercial o péndulo de reacción, el cual es un péndulo simple con una rueda de gran masa en el extremo libre, la cual está acoplada al eje de un motor que permite generar movimiento para estabilizar la posición del péndulo. Por otro lado la plataforma propuesta consta de un péndulo esférico, es decir que tiene movimiento en dos ejes, el cual se equilibra utilizando una sola rueda inercial acoplada a un motor que a su vez puede cambiar de orientación, mediante un segundo motor.
Para la realización de este proyecto el estudiante de maestría Martin Bustamante Enciso realizó una estancia de investigación de 3 meses en Montpellier Francia, en la cual realizó, en colaboración con profesores y estudiantes del LIRMM, el modelado matemático del sistema propuesto y el desarrollo de técnicas apropiadas de control para este sistema.
El sistema propuesto resulto ser incluso más desafiante que el péndulo original debido a las restricciones mecánicas propias del sistema. Actualmente se cuenta con resultados preliminares a nivel de simulación y ya se comenzó con el diseño y construcción de una plataforma experimental para probar las leyes de control, en la imagen se muestran los elementos de la plataforma construida.
Las ruedas inerciales se han utilizado exitosamente en el control del equilibrio de diversos mecanismos móviles como satélites, motocicletas, monorrieles e incluso algunos prototipos de automóviles de dos ruedas. Se propone que la aplicación del sistema planteado sea en el área de control de vehículos submarinos no tripulados, en donde el consumo energético es un factor muy importante de diseño.
DR. RAFAEL STANLEY NÚÑEZ CRUZ
rafael.nunez@upt.edu.mx
