Control de Esfuerzos de Robots Manipuladores
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Control de Esfuerzos de Robots Manipuladores Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido División del espacio de tareas en dos subespacios: • Controlado en esfuerzo • Controlado en posición LIMITACIONES DE ESFUERZO Y DE MOVIMIENTO: • Naturales: Aparecen naturalmente de acuerdo con la situación de contacto en particular • Artificiales: Son introducidas para especificar los movimientos deseados y la aplicación de esfuerzos Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido RESTRICCIONES NATURALES: • En la realización de una tarea simple de un robot aparecen una serie de restricciones de Posición-Fuerza, originadas por la propia geometría de las partes que intervienen en la tarea y sus ligaduras. En el ejemplo aparecen Restricciones naturales en Posición (o velocidad) en la direccción normal a la superficie y Restricciones naturales en Fuerza en la direcciones tangenciales Tarea: Mantener contacto con la pared ejerciendo una fuerza controlada Vz=0 Fx=0 Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Wx=0 Fy=0 Wy=0 Nz=0 Control Híbrido RESTRICCIONES ARTIFICIALES: • Las fuerzas y posiciones que no quedan limitadas por la s restricciones naturales, deben ser especificadas por la tarea (y de su logro se ocupará el control del robot). • Las Restricciones Artificiales completan a las Naturales siendo restricciones de posición en las direcciones Tangenciales a la superficie de contacto y restricciones en Fuerza en las direcciones Normales. Vx=Vvertical Fz=Fcontacto Vy=0 Nx=0 Tarea: Mantener contacto con la pared ejerciendo una fuerza controlada Wz=0 Ny=0 Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido RESTRICCIONES NATURALES: • Los GDL se dividen en dos conjuntos: – X, Z controlado en Posición – Y controlado en Fuerza Tarea: Girar la Manivela a velocidad constante Wgiro Vx=0 Fx= Vy= Fy=0 Vz=0 Fz= Wx=0 Nx= Wy=0 Ny= Wz= Nz=0 Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido RESTRICCIONES ARTIFICIALES: • Los GDL se dividen en dos conjuntos: – X, Z controlado en Posición – Y controlado en Fuerza • Las R. artificiales fuerzan la ejecución de la tarea. En este caso hacer girar la manivela a velocidad constante. Vx= Fx=0 Vy=R·Wgiro Fy= Vz= Fz=0 Tarea: Girar la Manivela a velocidad constante Wgiro Wx= Nx=0 Wy= Ny=0 Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Wz=Wgiro Nz= Planificación de Estrategias • Una Tarea compleja puede ser dividida en subtareas, cada una de las cuales queda definida por las restricciones artificiales necesarias para su consecución. • La especificación de las restricciones artificiales son las referencias de los servos del robot (en fuerza o posición). • El paso de una subtarea a otra se origina cuando se dan determinadas condiciones, que también deben ser especificadas. • La descomposición en subtareas puede ser objeto de planificadores automáticos, aunque es un problema en general no resuelto hoy en día. Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Planificación de Estrategias Ejemplo: Estrategia para ensamblado Tarea: Inserción de un perno en un taladro Subtareas: 1. Acercamiento 2. Deslizamiento 3. Inserción 4. Finalización Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Planificación de Estrategias Tarea: Inserción de un perno en un taladro Subtarea 1: Acercamiento R. Naturales R. Artificiales Vx= Vy= Vz= Wx= Wy= Wz= Vx=0 Vy=Vaprox Vz=0 Wx=0 Wy=0 Wz=0 Fx= Fy= Fz= Nx= Ny= Nz= (MOV. LIBRE) Fx= Fy= Fz= Nx= Ny= Nz= (BAJAR) Condición de Finalización: Fz=Fzlimite Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Planificación de Estrategias Tarea: Inserción de un perno en un taladro Subtarea 2: Deslizamiento R. Naturales R. Artificiales Vx= Vy= Vz=0 Wx=0 Wy=0 Wz= Vx=Vdes Vy=0 Vz= Wx= Wy= Wz=0 Fx=0 Fy=0 Fz= Nx= Ny= Nz=0 Fx= Fy= Fz=Fcontacto Nx=0 Ny=0 Nz= Condición de Finalización: Vz=Vzlimite Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Planificación de Estrategias Tarea: Inserción de un perno en un taladro Subtarea 3: Inserción R. Naturales R. Artificiales Vx=0 Vy=0 Vz= Wx=0 Wy=0 Wz= Vx= Vy= Vz=Vinser Wx= Wy= Wz=0 Fx= Fy= Fz=0 Nx= Ny= Nz=0 Fx=0 Fy=0 Fz= Nx=0 Ny=0 Nz= (BAJAR) Condición de Finalización: Fz=Fzlimite Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Planificación de Estrategias Tarea: Inserción de un perno en un taladro Subtarea 3: Finalización Los cambios de fase se detectan observando las variables (posición/fuerza que no se controlan (“Restricción complementaria servocontrolada”). Fase 1: Condición Fz se controla Vz Fase 2: Condición Vz se controla Fz Fase 3: Condición Fz se controla Vz Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido Esquema de controlador híbrido de posición/esfuerzo En cada grado de libertad será posible controlar la posición o el esfuerzo. Para insertar las limitaciones en el esquema de control se crean las matrices S y S’ (Matrices conmutadoras). ⎛ 1 0 0⎞ ⎜ ⎟ S = ⎜ 0 0 0⎟ ⎜ 0 0 1⎟ ⎝ ⎠ ⎛ 0 0 0⎞ ⎜ ⎟ S' = ⎜ 0 1 0⎟ ⎜ 0 0 0⎟ ⎝ ⎠ S + S' = I Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido Esquema de controlador híbrido de posición/esfuerzo S y (S-I) son como llaves conmutadoras ( se elige una o la otra). S sirve para elegir en que grado de libertad se quiere control de posición o de esfuerzo. El control híbrido permite una clara visualización de la división de los grados de libertad que requieren control de posición o de esfuerzo, pero no da ninguna solución para cada tipo de control, eso será determinado por las leyes de control de posición y de esfuerzo. Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial Control Híbrido Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial
